5: camada de enlace 5b-1 camada de enlace r 5.1 introdução e serviços r 5.2 detecção e...

5 Camada de Enlace 5b-1

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de Acesso Muacuteltiplo 54 Endereccedilamento da Camada de Enlace 55 Ethernet 57 PPP 56 Hubs e switches 58 Virtualizaccedilatildeo do enlace ATM e MPLS


Endereccedilos MAC e ARP

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de rede usado para levar o datagrama agrave subrede IP

destino Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) usado para levar o datagrama de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (da mesma rede)

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


Endereccedilos LAN e ARP

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo LAN uacutenico

Endereccedilo de Difusatildeo =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada orsem fio)


Endereccedilo LAN (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC administrada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal endereccedilo MAC sem estrutura (flat)=gt portabilidade

Pode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra

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


ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

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

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

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


Protocolo ARP Mesma LAN (rede)

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

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

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC

Quadro enviado para o endereccedilo MAC (unicast) de A

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

lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas

ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede


Roteando um pacote para outra LAN

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

assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

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

In routing table at source Host find router 111111111110 In ARP table at source find MAC address E6-E9-00-17-BB-4B etc

A

RB


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

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo MAC

de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

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

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

envia para B

A

RB


Camada de Enlace



Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet


Topologia em Estrela

Topologia de barramento popular ateacute meados dos anos 90

Agora prevalecircncia de topologia estrela Escolhas de conexatildeo hub ou switch (mais sobre isto

depois)

hub ouswitch


Estrutura de Quadro Ethernet

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

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por

um byte com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

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


Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo

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

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro

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

CRC verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado


Serviccedilo natildeo confiaacutevel e sem conexotildees

Sem conexotildees Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissor fluxo de datagramas passados para a camada de rede

pode conter falhas na sequumlecircncia falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas


Ethernet usa o CSMACD

Sem slots o adaptador natildeo transmite

se perceber que algum outro adaptador estaacute transmitindo isto eacute escuta antes de transmitir (carrier sense)

adaptador transmissor aborta quando percebe que outro adaptador estaacute transmitindo isto eacute detecccedilatildeo de colisatildeo

Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um tempo aleatoacuterio isto eacute acesso aleatoacuterio


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 ldquoterminourdquo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de ldquojamrdquo

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada exponencial binaacuteria 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


CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de ldquoJamrdquo garantir que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria Objetivo adaptar as

tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada

Alta carga espera aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel


Eficiecircncia do CSMACD

Tprop = prop maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

Vai para 1 agrave medida que ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia


10BaseT e 100BaseT Taxas de transmissatildeo de 10 e 100 Mbps esta uacuteltima eacute

chamado de ldquofast ethernetrdquo T significa Par Tranccedilado (Twisted pair) Noacutes satildeo conectados a um hub ldquotopologia estrelardquo

distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub de 100m

par tranccedilado

hub


HubsHubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica

bits vindos de um link satildeo repetidos em todos os demais links na mesma taxa sem bufferizaccedilatildeo de quadros natildeo haacute CSMACD no hub os adaptadores detectam as colisotildees provecirc funcionalidade de gerenciamento da rede

par tranccedilado

hub


Codificaccedilatildeo de Manchester

Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes transmissor e receptor

entrem em sincronismo natildeo haacute necessidade de um clock global centralizado

Mas isto eacute assunto para a camada fiacutesica


Gbit Ethernet

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

difusatildeo compartilhados Em modo compartilhado usa CSMACD para

ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

Os Hubs usados satildeo chamados de Distribuidores com Buffers (ldquoBuffered Distributorsrdquo)

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

Agora temos tambeacutem 10 Gbps


Endereccedilos MAC e ARP

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de rede usado para levar o datagrama agrave subrede IP

destino Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) usado para levar o datagrama de uma

interface ateacute outra interface conectada fisicamente (da mesma rede)

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





= 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















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



















A

RB







envia para B

A

RB


Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet











= 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















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



















A

RB







envia para B

A

RB


Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet




















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



















A

RB







envia para B

A

RB


Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet

























A

RB







envia para B

A

RB


Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet













envia para B

A

RB


Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet








Camada de Enlace










depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet















depois)

hub ouswitch


















































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet
























































transprop tt 51

1eficiecircncia





par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet











par tranccedilado

hub




par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet










par tranccedilado

hub







Gbit Ethernet













Gbit Ethernet







5: camada de enlace 5b-1 camada de enlace r 5.1 introdução e serviços r 5.2 detecção e...

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