Redes I - 3 - Camada de Enlace Dados LLC

8/3/2019 Redes I - 3 - Camada de Enlace Dados LLC

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Camada de Enlace deDados - LLC

Prof. Mauro Tapajs


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Problemas para a Camada deEnlace

Erros nos circuitos de comunicao

Atraso de propagao entre emissor ereceptor

Taxa de transmisso real finita

Distores no sinal ao percorrer o meio

Reconhecimento do destino desejado (saber odestino da comunicao)


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Camada de Enlace

ApplicationLayer

PresentationLayer

SessionLayer

TransportLayer

NetworkLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

Application Protocol

Transport Protocol

Presentation Protocol

Session Protocol

Host A Host B

ApplicationLayer

PresentationLayer

SessionLayer

TransportLayer

NetworkLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

NetworkLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

NetworkLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

Router Router


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Escopo da Camada de Enlace

de Dados

Comunicao confivel com o vizinho dentro de uma mesmatecnologia de rede


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Camada de Enlace de Dados

Comunicao confivel entre dois dispositivosadjacentes numa rede (comunicao ponto-a-ponto)

Cria quadros para transporte da informao

Estabelece os limites de um quadro (enquadramento)

Estabelece a comunicao e gerencia o linkdecomunicao ponto-a-ponto

Detecta erros com quadros perdidos, danificados eduplicados, e age de acordo


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Controle de fluxo de quadros

Controle na sequncia dos quadros

Controla o acesso ao meio de transmisso

compartilhado (MAC Medium Access Control)

Alguns destes mecanismos destes tambm podem

ser implementados na camada de transporte, mas a

nvel fim-a-fim em toda a rede


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Enquadramento

A camada fsica somente garante o envio de bits

sobre a linha de comunicao

Para executar deteco de erros e controle defluxo, a camada de enlace agrupa os bits

enviados em quadros definidosCabe camada de enlace saber onde comeame terminam os quadros (frames)


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Enquadramento

Como delimitar estes quadros?

Time-gap

Contador de caracteres no cabealho

Delimitadores explcitos

caracter: sequncias DLE-STX e DLE-ETX

com Caracter-stuffing

Bits: sequncias 01111110 com Bit-stuffing

Violaes de cdigo da camada fsica


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Enquadramento: Contador deCaracteres

Um campo no cabealho do quadro indicaquantos carateres existem neste quadro

Campo de controle indicando nmero de caracteres


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Enquadramento:Delimitadores explcitos

Delimitadores explicitamente indicam o incio efim do quadro atravs de uma sequncia pr-definida

Delimitadores de quadro (caracteres especiais)


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Criao do Quadro (Frame)

Camada de Rede


Mapeamento um para um

Informao de controle (cabealho)

PDU de camada de rede (pacote)

Delimitao dos extremos do Quadro


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Stuffing

Caracter-stuffing

Bit-stuffing


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Exemplo: Caracter Stuffing

PPP

DLEI am a jerk trying to DLE crash your network!ETX

DLEI am a jerk trying to DLE crash your network!ETXSTXDLE DLE DLE ETXDLE

DLEI am a jerk trying to DLE crash your network!ETX

Delimitao e Caracter Stuffing

Retirada dos delimitadores e Caracter Unstuffing

Dados originais a serem transmitidos


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Exemplo: Bit Stuffing HDLC

Delimitao e Bit Stuffing

Retirada dos delimitadores e Bit Unstuffing

00110010111111100010100

0111111000110010111110110001010001111110

00110010111111100010100

Sequncia de bits original


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Transmissocom erros eperdas de

quadros


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Controle de Fluxo

Assegura que uma entidade transmissora no

afogue uma entidade receptora com dados

(diferentes taxas de transmisso e recepo)

Os protocolos estabelecem quando se pode

transmitir quadros

Estabelecimento de uma disciplina de

comunicao


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Controle de Erros

Nenhum link fsico perfeito e imune a falhas e erros

Bits podem ser corrompidos

Podemos detectar erros e tentar corrigi-los ou pedir

retransmisso

Normalmente cdigos que permitem deteco e

correo de erros oneram muito o protocolo deenlace que os implementam

Opo comum: pedir retransmisso de quadros

danificados ou ausentes


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Controle de Erros

Um quadro intil se teve bits alterados:

Checagem de paridade - deteco de erros em apenas 1 bit,alto overhead(1 bit de paridade para cada byte = 12,5%)

Cdigos Polinomiais Ex.: CRC (Cyclic Redundancy Check)

efetua operaes matemticas para detectar erros em rajadas

- mais eficiente!

Ou foi perdido:

Mecanismos de controle (ARQ Automatic Repeat Request):

Confirmao positiva (ack)

Retransmisso depois de Timeout

Retransmisso depois de confirmao negativa (nack)


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Controle de Erros: Paridade

Mensagem Bit de Paridade

0 0 1 1 1 (mpar)1 0 0 0 0 (mpar)0 1 0 1 0 (par)

1 0 0 0 1 (par)


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CRC

Usam um polinmio padro G de ordem r definido paraexecutar uma operao matemtica sobre os dados

CRC-12: x12 + x11 + x3 + x2 + x1 + 1CRC-16: x16 + x15 + x2 + 1CRC-CCITT: x16 + x12 + x5 + 1

Clculo: sobre m bits de informao da mensagem Mse insere r bits zero ao final gerando xrM

Divide-se xr

M pelo polinmio G gerando um nmero eum resto (xrM/G = num + resto, n)

Transmite-se T=xrM - n ( = mensagem e CRC ao final )

Na recepo, divide-se T por G. Este resultado deve dar

um resto igual a zero. Resto [ T/G ]=0


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CRC

O clculo na recepo imediato logo que sereceba a mensagem

Por este motivo, os CRC's so colocados ao final

da mensagemQuanto maior o polinmio (ordem) menor probabilidade de erros no serem descobertospelo teste

Polinmios de ordem r detectam erros em rajadasde comprimento at r bits

Implicam em baixo overhead

Fcil implementao em hardware


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CRC


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ProtocoloStop-and-

Wait

Ineficiente,

principalmente paralongas distncias e

taxas altas detransmisso


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Stop-and-Wait O que acontece se uma

mensagem ou ACK no chegar?Dados

ACK

?

Tempo


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Stop-and-Wait Quadros Duplicados na

RecepoCompre 10 Pikachus!

TempoExpirado

Onde est o ACK?

ACK

Comprar 20?Compre 10 Pikachus!

Tempo


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Stop-and-Wait Uso de Nmeros deSequncia

TimedOut

Dados

ACK

Duplicata!

Dados

1

1

1

Onde est o ACK?


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Exemplo:Stop-and-Wait

Neste exemplo, umquadro confirmadoatravs de um ACKcom o nmero doprximo esperado (o

quadro de nmero 0 confirmado por umACK de nmero 1 -ACK1)


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Protocolos de Janela

DeslizanteMelhor utilizao da banda

Utilizao do recurso depiggyback(poucosbits a mais no cabealho)

A idia bsica manter nmeros de

sequncia que indicaro quais quadrospodero ser enviados e quais ainda no

(conceito de janela de transmisso)


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DeslizanteNmero de Sequncia: cada quadro possui umnmero sequencial que incrementado a cada novoquadro criado e enviado

Janela de Transmisso: mantm os nmeros desequncia e quadros j enviados porm ainda noconfirmados

Janela de Recepo: mantm os nmeros desequncia para quadros que se permite receber

Tamanho da Janela de Transmisso: o nmeromximo de quadros que se pode transmistir semreceber confirmaes do receptor

Tamanho da Janela de Recepo: o nmeromximo de quadros que se pode receber antes doenvio de uma confirmao ao transmissor


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Exemplo: Protocolos de Janela

Deslizante


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Protocolo de Janela Deslizante de

Tamanho 1

(n. sequncia, n. ACK, n. quadro)


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Protocolo de Janela Deslizante deTamanho 1 (Problema com os

timeouts)


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Janela Deslizante


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Janela Deslizante


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DeslizanteAs janelas de recepo e transmisso no necessariamentepossuem os mesmos limites

Os nmeros de sequncia que esto dentro da janela de

recepo so os quadros que o destino recebeu mas noconfirmou ainda

Qualquer quadro recebido com numerao fora da janela derecepo descartado

Tamanho mximo da janela de transmisso implica notamanho de memria (buffers) na transmisso

Piggybacking - Como os links de comunicaao normalmenteesto em configurao full-duplex podemos usar o trfegoque est vindo para transportar ACKs do outro lado paraconfirmar o trfego que est indo


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Protocolos de Janela Deslizante

Tamanhos maiores da janela aumentam aeficincia quando o atraso de propagao

grande (evita que o canal fique ocioso por muitotempo)

Pipelining tcnica de enviar vrios quadros

dentro da janela de transmisso (maior que 1claro!), aproveitando melhor a banda do canal

Problema: o que fazer quando uns dos quadrosda sequncia perdido?


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Erros!!!

Duas estratgias para retransmisso dequadros em protocolos de janelas

deslizantes:Go-back-N : pede-se a retransmisso detodos os quadros desde o de nmero N

Selective-repeat: pede somente aretransmisso dos quadros que nochegaram. Aproveita-se quadros que foramrecebidos com sucesso mesmo que fora desua ordem

G B k N


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Go-Back-N comJanela de Rx igual a

1Se houver falha em algum dos quadros, todos a partirdele devem ser reenviados

Se a taxa de erros alta, muita banda disperdiada


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Go Back n

Descartado peloreceptor

Quadro comerro!

Intervalo de timeout

Tempo

Transmissor

Receptor

Tamanho de JanelaMximo = 8

Tamanho de Janela

Mximo = 8

0

0 1

1

ACK1

2

E

3

D

4

D

2 3

2

ACK2

4 5 6

3 4 5

ACK5

6

ACK6


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Selective Repeat

Se houver falha em algum dos quadros, somente o

quadro falho reenviadoJanela de recepo de tamanho maior que 1

Utiliza muita memria para armazenar todos os quadrosrecebidos corretamente, e processamento adicional parareenviar quadros selecionados e reinseri-los na posio

correta


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Selective Repeat

Armazenado peloreceptor

Quadro comerro!

Intervalo de timeout

Tempo

Transmissor

Receptor

Tamanho Mximo

de janela = 8

Tamanho Mximo

de janela= 8

0

0 1

1

ACK

1

2

E

3 4 2 5

2

ACK

4

6

5

ACK

5

6

ACK

6

3 4

ACK

1

ACK

1


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Protocolos de

JanelaDeslizante eEstratgias deRetransmisso


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Deslizante - ObservaesA faixa de nmeros de sequncia deve serbem maior que o tamanho da janela de

transmisso para evitar ambiguidades

O receptor dever ter um nmero de bufferse timers igual ao tamanho de sua janela

Envio de naks confirmaes negativas indicam que determinado quadro NOchegou - controle de erros mais sofisticado


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Redes Ponto-a-PontoH muito tempo muitas topologias so baseadasem redes ponto-a-ponto (por exemplo interfaces RS232)

A maior parte da infra-estrutura de WAN naInternet baseada em enlaces distantes ponto-a-ponto

Milhares de pessoas se conectam em redes (nosomente a Internet) usando um modem e umalinha dial-up numa tpica configurao de redeponto-a-ponto


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Protocolos de Enlace de Dados

(Comunicao Ponto-a-Ponto)

HDLC Baseado no SDLC desenvolvido pela

IBM para sua arquitetura SNA (Mainframes) eserviu de base para muitos dos protocolos deenlace ponto-a-ponto

SLIP Pioneiro e muito simplesPPP Desenvolvido pelo IETF em resposta aos

problemas apresentados pelo SLIP


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SDLC

Configurao bsicade uma rede SDLC(Mainframe IBM)


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HDLC - High-level Data Link

ControlPadro ISO (3009 e 4335)

Verses adaptadas do ITU-T (LAP e LAP-B X.25) e IEEE(802.2) alm de outras verses

Orientado a bits

Pode ser usado em links halfe full-duplexe em redescomutadas por circuitos ou por pacotes

Define estaes primrias (envia comandos),secundrias (responde a comandos) e combinadas(dupla funo)

Topologias possveis: Ponto a ponto (primria esecundria)e multiponto (1 primria e vrias

secundrias)


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HDLC

Prembulo - fixos no incio e fim do quadro usando bitstuffing. So transmitidos continuamente, mesmo seno h nada a transmitir

Endereo o endereo do secundrio, so usados

quando existem linhas com mltiplos terminais

Controle controle de fluxo e erros

Checksum pode ser acertado um checksum de 32

bits tambm


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Operao do HDLC

O protocolo utiliza um algoritmo de janeladeslizante de tamanho 3 bits (0 a 7)

As confirmaes so feitas porpiggybacking

indicando o nmero esperado do prximo quadroesperado (campo control)

Existem 3 tipo de quadros diferentes (o campo

control diferente para cada um):Information

Supervisory

Unnumbered


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Quadros HDLC Campo Control

Information : dados (piggybacking de controle de fluxo e erros) P/F: respostaimediata exigida pela primria (P) ou ltimo quadro da resposta da secundria (F)

Supervisory(usado quando no houver piggybacking) : vrios tipos: 0ACK, 1-NACK, 2-

Receive Not Ready, 3Selective Reject

Unnumbered: controle do protocolo (define modos de operao, inicializao do

enlace, reset, desconexo, etc)


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SLIP - Serial Line IP

Simples

Desenvolvido para interconectar estaes SUN

Internet

Basicamente so enviados pacotes IPdelimitados por um caracter especial (flag byte)

Suporta somente IP e deve saber previamenteos endereos IP de cada lado

No um padro Internet (muitas verses

distintas)


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PPP Point-to-Point Protocol

Existncia de muitos links ponto-a-ponto IP - demandafeita ao IETF, padronizado na RFC 1661

Orientado a caracter

Usado tanto em linhas dial-up como em enlaces entreroteadores envio de datagramas sobre links ponto a

ponto

Oferece:

- Encapsulamento sncrono e assncrono (mesmo do HDLC)

- Compresso de cabealhos de camada 3

- Suporta mltiplos protocolos de rede e multiplexao deles

- Negociao de opes a nvel de link fsico e de camada 3


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Formato do Quadro PPP

Byte flag character stuffing (01111110)

Endereo fixo, no prev endereos de enlace

Controle por default, no faz controle de erros e

fluxo. Pode fazer se houver acordo, usando este campoProtocolo cdigo que identifica o protocolo sendotransportado na rea de dados

Checksum FCS (Frame Check Sequence)


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Caracter Stuffing PPP


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PPP Point-to-Point Protocol

Dois componentes bsicos

LCP Link Control Protocol

Possui quadros de formato prprio negociados e explicitamenteindicados (tipos: estabelecimento, terminao e manuteno)

nico estabelece, configura e testa a conexo de enlace

Possui mecanismos para a negociao de parmetros PPP

Tem funes de teste de qualidade do link

Desfaz conexes desnecessrias

NCP Network Control Protocol

Vrios para os vrios tipos de protocolos de rede que PPPsuporta (IP IPCP - IP Control Protocol, IPX, etc)

Especfico do protocolo de rede sendo usado

Negociao de parmetros especficos do protocolo de rede


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Exemplo: Linhas Dial-up


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Outros Protocolos de Enlace

LAPB muito semelhante ao HDLC (mesmo formato de

quadro) e usado pelo ITU-T como parte do padro X.25

LAPD usado pelo ITU-T no padro para ISDN (canal D de

16 kbps)

LAPF usado no padro Frame Relay(rede de pacotes de

alta velocidade)

IEEE 802.2 usado com LAN's IEEE 802

ATM rede de alta-velocidade baseada em quadros de

tamanho fixo (clulas). Funes de camada de enlace

prprias e mescladas com funoes de outras camadas

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