capítulo 5: a camada de enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-kurose.pdf ·...
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5 Camada de Enlace 5-1
Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
Nossos objetivos Entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada
de enlace de dados
detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de broadcast acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
redes locais (LANs) Ethernet VLANs
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace
5 Camada de Enlace 5-2
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo noacutes
canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)
enlaces com fio (cabeados)
enlaces sem fio (natildeo cabeados)
LANs
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
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto
um datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces
Ex Ethernet no primeiro enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos
ex pode ou natildeo prover transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne
taxi Princeton ateacute JFK
aviatildeo JFK ateacute Genebra
Trem Genebra ateacute Lausanne
turista = datagrama
segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo
modo de transporte = protocolo da camada de enlace
agente de viagens = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
implementa acesso ao canal se meio for compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IP entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-2
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo noacutes
canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)
enlaces com fio (cabeados)
enlaces sem fio (natildeo cabeados)
LANs
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
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto
um datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces
Ex Ethernet no primeiro enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos
ex pode ou natildeo prover transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne
taxi Princeton ateacute JFK
aviatildeo JFK ateacute Genebra
Trem Genebra ateacute Lausanne
turista = datagrama
segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo
modo de transporte = protocolo da camada de enlace
agente de viagens = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
implementa acesso ao canal se meio for compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IP entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo noacutes
canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)
enlaces com fio (cabeados)
enlaces sem fio (natildeo cabeados)
LANs
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
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto
um datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces
Ex Ethernet no primeiro enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos
ex pode ou natildeo prover transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne
taxi Princeton ateacute JFK
aviatildeo JFK ateacute Genebra
Trem Genebra ateacute Lausanne
turista = datagrama
segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo
modo de transporte = protocolo da camada de enlace
agente de viagens = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
implementa acesso ao canal se meio for compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IP entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto
um datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces
Ex Ethernet no primeiro enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos
ex pode ou natildeo prover transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne
taxi Princeton ateacute JFK
aviatildeo JFK ateacute Genebra
Trem Genebra ateacute Lausanne
turista = datagrama
segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo
modo de transporte = protocolo da camada de enlace
agente de viagens = algoritmo de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
implementa acesso ao canal se meio for compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IP entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
implementa acesso ao canal se meio for compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IP entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros
erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo
receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros
mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo
half-duplex e full-duplex com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber
pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet
implementa as camadas de enlace e fiacutesica
conecta ao barramento do sistema hospedeiro
combinaccedilatildeo de hardware software e firmware
controlador
Transmissatildeo
fiacutesica
cpu memoacuteria
barramento
do hospedeiro
(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
enlace
fiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama em
um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor
verifica erros transporte confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-
dora Controla-
dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de Erros
EDC= 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 raro bull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit
Paridade Bidimensional Detecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado
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)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRC
Queremos
D2r XOR R = nG de forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
G
DR
r2resto
101110000 1001
1001 101011
1010
1001
1100
1001
1010
1001
011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces
Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado)
Ethernet tradicional
Upstream HFC
80211 LAN sem fio
Sateacutelite
Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente
colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal
natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-19
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 descentralizado
nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as transmissotildees
nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs categorias gerais
divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste
acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees
ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento
Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos
cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos
Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia
a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia
tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociosos
exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256 ociosas
Ban
das
de f
requ
ecircnci
a
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima R
nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo
O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
como detectar colisotildees
como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
slotted ALOHA
ALOHA
CSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses
todos os quadros tecircm o mesmo tamanho (L bits)
tempo eacute dividido em slots de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados
se 2 ou mais noacutes transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo
quando o noacute obteacutem um novo quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens
uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos (desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando N tende 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 canal usado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots)
Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo
Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente
Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-28
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
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro
colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
nota papel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA
As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo
Transmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal
Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-33
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 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
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que
tprop vai para 0
ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 51
1eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Protocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente 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 aleatoacuterio
eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal
Altas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamento
Procura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees
Overhead com as consultas (polling)
Latecircncia
Ponto uacutenico de falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees
overhead com a passagem de permissatildeo
latecircncia
Ponto uacutenico de falha (permissatildeo)
T
dados
(nada para mandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps
Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps
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
cable modem
splitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo
FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream
TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream
bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamento
p intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dados
upstream do cable modem
Minislots contendo quadros
de requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC
divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211
Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP
Endereccedilo IP de 32 bits endereccedilos da camada de rede para a interface
usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARP
cada 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 ou sem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont)
Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada 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 (CEP)
endereccedilo MAC tem estrutura linear =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
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-45
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 o endereccedilo 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
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-46
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
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B
assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R (como)
assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B
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-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP
Eth
Phy
quadro enviado de A para R
IP
Eth
Phy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55
MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111
IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220
111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
74-29-9C-E8-FF-55
A
222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B
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 111111111111
IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B
MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IP
Eth
Phy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) 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
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica
barramento popular ateacute meados dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um
com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro
Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do 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)
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-57
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 broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro
Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
sem conexatildeo 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
dados em quadros descartados satildeo recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadro
diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps
diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
protocolo MAC
e formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX 100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibra camada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-65
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-66
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
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet
Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo
armazena e retransmite quadros Ethernet
examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparente
hospedeiros ignoram a presenccedila dos switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeo
comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch
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
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse
P como satildeo criadas e mantidas as entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces (123456)
1 2 3
4 5
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace
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 destino
if entrada encontrada para o destino then
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then descarta o quadro
else 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
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 3
4 5
6
A Arsquo
Origem A Dest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)
A 1 60
A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo
destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeo desconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha que C envia quadro para I I responde para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C D
E
F S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para rede externa
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
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Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
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HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
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servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
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servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse
roteadores obteacutem tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
rede
enlace
fiacutesica
enlace
fiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeo
transporte
rede
enlace
fiacutesica
quadro
quadro
quadro
datagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
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quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Redes Locais Endereccedilamento
ARP
Ethernet
Switches
VLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
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DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
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DNS
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consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
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DNS
DNS
DNS
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datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
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rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
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SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
jornada completa atravessando toda a pilha de protocolos
aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese
objetivo identificar revisar entender os protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast
68800013
rede do Google
64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola
68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
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quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-81
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP DHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP
Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
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Eth
Fiacutes
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encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
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o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
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demultiplexado pelo servidor DNS
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rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
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HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
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servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
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Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-82
roteador
(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Fiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (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
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-83
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
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HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
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roteador
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Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
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Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
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datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-84
roteador
(roda DHCP)
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast
68800013
servidor DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
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HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
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conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
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HTTP
TCP
IP
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HTTP
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HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
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roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web
segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida 64233169105
servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
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SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-86
roteador
(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP
datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105
servidor web
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTP HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros
compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplo
endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet
LANs comutadas VLANs
redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
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