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6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨ Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: m detecção e correção de erros m compartilhamento de canal de broadcast: acesso múltiplo m endereçamento da camada de enlace m redes locais (LANs): Ethernet, VLANs ¨ instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

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Page 1: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-1

Capiacutetulo 6 A Camada de Enlace

Nossos objetivosuml Entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada

de enlace de dadosmdetecccedilatildeo e correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de broadcast acesso

muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlacem redes locais (LANs) Ethernet VLANs

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace

6 Camada de Enlace 6-2

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-3

Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo

cabeados)m LANs

uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama

a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace

6 Camada de Enlace 6-4

Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido

por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne

uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace

de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo

da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de

roteamento

6 Camada de Enlace 6-5

Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace

m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos

quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes

m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro

(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 2: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-2

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-3

Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo

cabeados)m LANs

uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama

a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace

6 Camada de Enlace 6-4

Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido

por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne

uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace

de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo

da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de

roteamento

6 Camada de Enlace 6-5

Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace

m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos

quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes

m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro

(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 3: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-3

Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo

cabeados)m LANs

uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama

a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace

6 Camada de Enlace 6-4

Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido

por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne

uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace

de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo

da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de

roteamento

6 Camada de Enlace 6-5

Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace

m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos

quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes

m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro

(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 4: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-4

Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido

por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne

uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace

de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo

da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de

roteamento

6 Camada de Enlace 6-5

Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace

m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos

quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes

m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro

(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 5: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-5

Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace

m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos

quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes

m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro

(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 6: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)

uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros

entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros

m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija

o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex

m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 7: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada

no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211

chipset Ethernetm implementa as camadas de

enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do

sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware

software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 8: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

uml lado transmissormEncapsula o datagrama em

um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo

de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

uml lado receptorm verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 9: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-9

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 10: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros

podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 11: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 12: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissoruml trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits

uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo

do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual

ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi

detectado Mas ainda pode conter erros

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 13: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que

m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja

diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1

bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 14: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

dividedivideoslash

oumlccedilccedilegrave

aelig times=

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011101010011100100110101001011

D G

R

r = 3

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 15: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 16: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-16

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 17: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto

m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch

Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio

compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 18: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o

canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o

proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 19: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 20: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal

mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)

m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio

m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui

mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 21: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento

(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com

pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 22: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256

ociosas

Band

asde

fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 23: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 24: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-24

Slotted ALOHA

Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de

tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 25: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-25

Slotted ALOHA

Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

uml simples

Desvantagensuml colisotildees slots

desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de

detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 26: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1

uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute

eficiecircncia maacutexima = 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 27: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-27

ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute

m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta

m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 28: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior do que o Slotted Aloha

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 29: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

uml Analogia humana natildeo interrompa outros

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 30: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 31: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas

reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees

mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

uml Analogia humana bate papo educado

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 32: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 33: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador

escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 34: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-34

Eficiecircncia do CSMACD

uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho

maacuteximo

uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito

uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

+=

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 35: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode

utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 36: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes

escravos a transmitir em revezamento

uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as

consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 37: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

uml mensagem de passagem da permissatildeo

uml preocupaccedilotildeesm overhead com a

passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 38: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-38

Rede de acesso a cabo

uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais

uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de

tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)

terminaccedilatildeo do cabo

CMTS

ISP

sistema de terminaccedilatildeo do cable modem

cablemodemsplitter

hellip

hellip

quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes

quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 39: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-39

Rede de acesso a cabo

uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 40: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-40

Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo

mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)

mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211

uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 41: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-41

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 42: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-42

Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits

m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)

uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)

mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software

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

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 43: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =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 ousem fio)

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 44: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-44

Endereccedilo MAC (cont)

uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia

(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)

uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 45: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-45

ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a

partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo 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

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 46: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-46

Protocolo ARP mesma LAN (rede)

uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN

recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP

responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira

(vai embora) a menos que seja renovada

uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP

sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 47: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-47

Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R

m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)

m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R

(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 48: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 49: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

v quadro enviado de A para R

IPEthPhy

v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

IP src 111111111111IP dest 222222222222

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 50: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 51: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 52: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como

destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 53: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-53

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 54: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-54

Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas

m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 55: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-55

Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90

m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)

uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes

natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 56: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de

outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o

padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente

(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 57: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-57

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao

seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 58: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-58

Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo

uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados

apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos

uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 59: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-59

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes

m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps

10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 60: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-60

10Base5

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 61: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-61

10Base2

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 62: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-62

10BaseT

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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6 Camada de Enlace 6-63

Conector RJ 45

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 64: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 65: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

Page 66: Capítulo 6: A Camada de Enlacesuruagy/cursos/redes/cap6-Kurose.pdf · 6: Camada de Enlace 6-1 Capítulo 6: A Camada de Enlace Nossos objetivos: ¨Entender os princípios por trás

6 Camada de Enlace 6-66

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

6 Camada de Enlace 6-67

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-68

Comutador (switch) Ethernet

uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches

uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser

configurados

6 Camada de Enlace 6-69

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

uml os switches armazenam quadros

uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio

de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-70

Tabela de repasse do switch

uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 2 345

6

6 Camada de Enlace 6-71

uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido

o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

6 Camada de Enlace 6-72

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando o quadro eacute recebido em um comutador

registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor

indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada

else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais

interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

6 Camada de Enlace 6-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida

inundaccedilatildeo

Arsquo A

r local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

6 Camada de Enlace 6-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

uml Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

6 Camada de Enlace 6-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C

r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

6 Camada de Enlace 6-76

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

6 Camada de Enlace 6-77

Comutadores x Roteadores

uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da

camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace

uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas

usando alg de roteamento endereccedilos IP

m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

6 Camada de Enlace 6-78

Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e

serviccedilos62 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais

mEndereccedilamento ARP

mEthernetmSwitchesmVLANs

65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

66 Redes de centros de dados

67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web

6 Camada de Enlace 6-79

Siacutentese um dia na vida de um pedido web

v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

6 Camada de Enlace 6-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

6 Camada de Enlace 6-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP

v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP

v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP

v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet

6 Camada de Enlace 6-82

roteador(roda DHCP)

uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

6 Camada de Enlace 6-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador

v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

6 Camada de Enlace 6-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente

com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

6 Camada de Enlace 6-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web

v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

6 Camada de Enlace 6-86

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy

HTTP

v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP

v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom

v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

v paacutegina web finalmente() apresentada

6 Camada de Enlace 6-87

Capiacutetulo 6 Resumo

uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace

uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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