Camadas de Enlace e Física

transparências baseadas no livro“Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring

the Internet”James Kurose e Keith Ross

http://occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbooks/kurose-ross1/

Capítulo 5: Camada de Enlace e FísicaNossos objetivos: entender os princípios por

trás dos serviços da camada de enlace:

detecção de erros, correção

compartilhando um canal broadcast: acesso múltiplo

endereçamento da camada de enlace

transferência de dados confiável, controle de fluxo: já visto!

instanciação e implementação de várias tecnologias da camada de enlace

Visão Geral: serviços da camada de

enlace detecção de erros, correção protocolos de acesso

múltiplo e LANs endereçamento da camada

de enlace, ARP tecnologias específicas da

camada de enlace: Ethernet hubs, pontes, switches PPP

Camada de enlace: definindo o contexto

fluxo real de PDUsRoteador R1

Roteador R4

Roteador R3Roteador R3Roteador R2

protocolode enlace

dois elementos físicos fisicamente conectados: host-roteador, roteador-roteador, host-host

unidade de dados: quadro (frame)

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefísico

protocolode enlace

placa adaptadora

Camada de enlace: definindo o contexto

Serviços da Camada de Enlace Enquadramento, acesso ao enlace:

encapsula datagramas em quadros, acrescentando cabeçalhos e trailer

implementa acesso ao canal se o meio é compartilhado ‘endereços físicos’ usados nos cabeçalhos dos quadros

para identificar a fonte e o destino dos quadros • diferente do endereço IP !

Entrega confiável entre dois equipamentos fisicamente conectados: já aprendemos como isto deve ser feito (Cam. Transp.)! raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro

(fibra, alguns tipos de par trançado) enlaces sem-fio (wireless): altas taxas de erro

• Q: porque prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace?

Serviços da Camada de Enlace (cont.) Controle de Fluxo:

limitação da transmissão entre transmissor e receptor

Detecção de Erros: erros causados pela atenuação do sinal e por

ruídos. o receptor detecta a presença de erros:

• avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correção de Erros: o receptor identifica e corrige o bit com

erro(s) sem recorrer à retransmissão

Implementação: Camada de Enlace

implementado no “adaptador” ex., placa PCMCIA, placa Ethernet tipicamente inclui: RAM, chips DSP,

interface com barramento do host, e interface do enlace

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefísico

protocolode enlace

placa adaptadora

Detecção de ErrosEDC= Bits de Detecção e Correção de Erros (redundancia)D = Dados protegidos pela verificação de erros, pode incluir os campos de cabeçalho

• A detecção de erros não é 100% confiável!• protocolos podem deixar passar alguns erros, mas é raro• Quanto maior o campo EDC melhor é a capacidade de detecção e correção de erros

Verificação de ParidadeParidade com Bit único:Detecta erro de um único bit

Paridade Bi-dimensional:Detecta e corrige erros de um único bit

0 0sem erros erro de

paridade

erro de 1 bit corrigível

erro deparidade

bit deparidade

FEC – Forward Error Correction

Checksum da Internet

Objetivo: detectar “erros” (ex. bits trocados) num segmento transmitido (nota: usado na camada de transporte e no cabeçalho da camada de redes)

Já visto…

Verificação de Redundância Cíclica

encara os bits de dados, D, como um número binário escolhe um padrão gerador de r+1 bits, G objetivo: escolhe r CRC bits, R, tal que

<D,R> é divisível de forma exata por G (módulo 2) receptor conhece G, divide <D,R> por G. Se o resto é

diferente de zero: erro detectado! pode detectar todos os erros em seqüência (burst errors)

com comprimento menor que r+1 bits largamente usado na prática (ATM, HDCL)

padrão de bits

fórmulamatemática

bits de dados a enviar

Exemplo de CRCCálculo do código do

checksum polinomial G:

1 0 0 1 1x4 + x+1

Aritmética polinomial ignora “vai-um” (carries/borrows) da adição e subtração.

Operações são idênticas ao Ou Exclusivo:

10011011 11110000+ 11001010 - 10100110 ------------ ------------ 01010001 01010110

Enlaces de Acesso Múltiplo e ProtocolosTrês tipos de enlaces: ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) difusão (broadcast: fio ou meio compartilhado;

ex, Ethernet, Wavelan)

comutado (ex., switched Ethernet, ATM)

Protocolos de Acesso Múltiplo

canal de comunicação único e compartilhado duas ou mais transmissões pelos nós: interferência

apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo

protocolo de múltiplo acesso: algoritmo distribuído que determina como as estações

compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir

comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal!

Protocolos MAC: uma taxonomia

Três grandes classes: Particionamento de canal

dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência)

aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó

Acesso Aleatório permite colisões “recuperação” das colisões

Passagem de Permissão compartilhamento estritamente coordenado para

evitar colisões

Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA

TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal acesso ao canal é feito por ”turnos" cada estação controla um compartimento (“slot”) de tamanho fixo (tamanho = tempo de

transmissão de pacote) em cada turno compartimentos não usados são disperdiçados exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam

vazios

TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load.

FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.

FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência

o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência cada estação recebe uma banda de freqüência tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência

é desperdiçado exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as

bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias

bandas

de f

reqüênci

a tempo

Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA

Protocolos de Acesso Aleatório Quando o nó tem um pacote a enviar:

transmite com toda a taxa do canal R. não há uma regra de coordenação a priori entre os nós

dois ou mais nós transmitindo -> “colisão”, Protocolo MAC de acesso aleatório especifica:

como detectar colisões como as estações se recuperam das colisões (ex., via

retransmissões atrasadas)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMA/CD

Slotted Aloha

tempo é dividido em compartimentos de tamanho igual (= tempo de transmissão de um pacote)

nó com pacote pronto: transmite no início do próximo compartimento

se houver colisão: retransmite o pacote nos futuros compartimentos com probabilidade p, até que consiga enviar.

Compartimentos: Sucesso (S), Colisão (C), Vazio (E)

Eficiência do Slotted Aloha

P: qual a máxima fração de compartimentos com sucesso?

R: Suponha que N estações têm pacotes para enviar cada uma transmite num compartimento

com probabilidade p prob. sucesso de transmissão, S, é:

por um único nó: S= p (1-p)(N-1)

No máximo: uso docanal para envio dedados úteis: 37%do tempo!

ALOHA Puro (unslotted) unslotted Aloha: operação mais simples, não há

sincronização pacote necessita transmissão:

enviar sem esperar pelo início de um compartimento a probabilidade de colisão aumenta:

pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1, t0+1]

Aloha Puro (cont.)S =

vazã

o =

“goodput”

(

taxa d

e s

uce

sso)

G = carga oferecida = Np0.5 1.0 1.5 2.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Pure Aloha

Slotted Aloha

CSMA: Carrier Sense Multiple Access

CSMA: escuta antes de transmitir: Se o canal parece vazio: transmite o pacote Se o canal está ocupado, adia a transmissão

CSMA Persistente: tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre (pode provocar instabilidade) (versão com slot qdo p <> 1)

CSMA Não-persistente: tenta novamente após um intervalo aleatório

analogia humana: não interrompa os outros!

Colisões no CSMA

colisões podem ocorrer:o atraso de propagação implica que dois nós podem não ouvir as transmissões de cada outro

colisão:todo o tempo de transmissão do pacote é desperdiçado

nota:papel da distância e do atraso de propagação na determinação da probabilidade de colisão.

CSMA/CD (Detecção de Colisão)

CSMA/CD: detecção de portadora, diferimento como no CSMA colisões detectadas num tempo mais curto transmissões com colisões são interrompidas, reduzindo

o desperdício do canal retransmissões persistentes ou não-persistentes

detecção de colisão: fácil em LANs cabeadas: medição da intensidade do

sinal, comparação dos sinais transmitidos e recebidos difícil em LANs sem fio: receptor desligado enquanto

transmitindo

analogia humana: o “bom-de-papo” educado

Protocolos MAC com Passagem de PermissãoProtocolos MAC com particionamento de canais:

compartilham o canal eficientemente quando a carga é alta e bem distribuída

ineficiente nas cargas baixas: atraso no acesso ao canal. A estação consegue uma banda de 1/N da capacidade do canal, mesmo que haja apenas 1 nó ativo!

Protocolos MAC de acesso aleatório eficiente nas cargas baixas: um único nó pode usar

todo o canal cargas altas: excesso de colisões

Protocolos de passagem de permissãobuscam o melhor dos dois mundos! Determinismo

Protocolos MAC com Passagem de Permissão Polling: nó mestre “convida”

os escravos a transmitirem um de cada vez

Mensagens Request to Send e Clear to Send

problemas: polling overhead latência ponto único de falha

(mestre)

Token passing: controla um token passado de

um nó a outro sequencialmente.

mensagem token problemas:

token overhead latência ponto único de falha (token)

Endereços de LAN e ARP

Endereços IP de 32-bit: endereços da camada de rede usados para levar o datagrama até a rede de

destino (lembre da definição de rede IP)

Endereço de LAN (ou MAC ou físico): usado para levar o datagrama de uma interface

física a outra fisicamente conectada com a primeira (isto é, na mesma rede)

Endereços MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereços de LAN e ARPCada adaptador numa LAN tem um único endereço de LAN

Endereços de LAN (mais)

A alocação de endereços MAC é administrada pelo IEEE O fabricante compra porções do espaço de endereço

MAC (para assegurar a unicidade) Analogia: (a) endereço MAC: semelhante ao número do CPF (b) endereço IP: semelhante a um endereço postal endereçamento MAC é “flat” => portabilidade

é possível mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguração de endereço MAC

endereçamento IP “hierárquico” => NÃO portável depende da rede na qual se está ligado

Lembre a discussão anterior sobre roteamento

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

BE

Começando em A, dado que o datagrama está endereçado para B (endereço IP):

procure rede.endereço de B, encontre B em alguma rede, no caso igual à rede de A

camada de enlace envia datagrama para B dentro de um quadro da camada de enlace

endereçoMAC de B

end. MACde A

end. IPde A

end. IPde B

dados IP

datagramaquadro

endereço de origeme destino do quadro

endereço de origeme destino do pacote

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

Cada nó IP (Host, Roteador) numa LAN tem um módulo e uma tabela ARP

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

< endereço IP; endereço MAC; TTL> < ………………………….. >

TTL (Time To Live): tempo depois do qual o mapeamento de endereços será esquecido (tipicamente 20 min)

Questão: como determinaro endereço MAC de Bdado o endereço IP de B?

Protocolo ARP A conhece o endereço IP de B, quer aprender o

endereço físico de B A envia em broadcast um pacote ARP de

consulta contendo o endereço IP de B todas as máquinas na LAN recebem a

consulta ARP B recebe o pacote ARP, responde a A com o

seu (de B) endereço de camada física A armazena os pares de endereço IP-físico até

que a informação se torne obsoleta (esgota a temporização) soft state: informação que desaparece com

o tempo se não for re-atualizada

A Camada Física (Physical Layer)

Transmissão de dados

- Unidirecional (Simplex)

- Bidirecional (Duplex)

• Alternada (Half-duplex)

• Simultânea (Full-duplex)

Analógico: comportamento contínuo no tempo. Digital: comportamento discreto no tempo.

Comunicação Analógica X Digital

Transmissão analógica

• Sinais analógicos industriais típicos: 0 a 20 mA, 4 a 20mA, +10V a –10V (toda a faixa é significativa)

• Rede telefônica convencional: freqüência e amplitude das ondas sonoras convertida em sinal elétrico equivalente pelo microfone, transmitida (faixa 300 a 3400 Hz) e convertida em som no receptor pelo alto-falante.

Transmissão digital

• Permite introduzir técnicas para detectar erros de transmissão (CRC, etc.)

• Repetidores e reforçadores de sinal mais simples e eficientes

• Pode-se ter sinal analógico e informação digital !

Modos de Transmissão

Forma de envio de bits:

- paralela => várias linhas => todas referenciadas a um terra comum => bom para curtas distâncias (~20m)

- serial => uma linha composta de um par de fios => usa diferença de potencial entre fios como sinal => bom para longas distâncias e mais barato

Temporização de caracteres:

- síncrona => intervalo de tempo entre caracteres consecutivos é fixo => cadência definida para cada bit por sinal de clock => clock enviado em fio separado ou codificado no sinal de dados

- assíncrona => não existe intervalo definido de tempo entre caracteres consecutivos => caracteres delimitados por start e stop bits, que permitem sincronização a nível de bits

- Em ambos os casos => necessária sincronia a nível de bits

Banda Base X Banda Larga• Baseband (banda base)

-Suporte de transmissão usado por um único canal, que ocupa todo o espectro de freqüências

• Broadband (banda larga)

- Suporte de comunicação dividido em múltiplos canais, com sinais modulados

- Requer MODEM (modulador / demodulador) => caro

Bit-rate X Baud-rate

Taxa de transmissão (bit rate): número de bits transmitidos por segundo, expressa em bps (bits per second).

Taxa de sinalização (baud rate): número de intervalos de sinalização (mudanças de amplitude) por segundo do sinal, expressa em bauds.

Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1, então baudrate = bitrate.

Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits (dibits), então baudrate = bitrate/2.

Se usarmos um nível de amplitude para 3 bits (tribits), então baudrate = bitrate/3.

Para codificar n bits agrupados em um mesmo nível de amplitude, são necessários 2n amplitudes.

Bit-rate X Baud-rate Relação entre baudrate e bitrate:

n = número de bits representados por cada nível de amplitude.

L = número de níveis de amplitude necessários = 2n

bitrate = log2 L . baudrate

Exemplos:

Isto explica como um modem capaz de gerar apenas 9.600 intervalos de sinalização por segundo (9.600 baud) pode transmitir 28.800 bps: ele opera com tribits, ou seja, 3 bits codificados em 8 níveis de tensão.

Baudrate n L Bitrate 9.600 Bauds 1 2 9.600 bps 9.600 Bauds 2 (dibit) 4 19.200 bps 9.600 Bauds 3 (tribit) 8 28.800 bps

Modulação (broadband)

Banda base

Broadband

Possível combinar técnicas Ex. QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation) combina 4

amplitudes e 4 fases, permitindo 16 valores por transição do sinal. Ou seja, 4 bits por baud (24 = 16); bitrate = 4 * baud rate

amplitude

fase

freqüência

Codificação e Sincronização de Bits (Baseband)

1

0

tempo de subida tempo de descida

tempo bit instante de amostragem

-transmissão serial de dados requer sincronização entre emissor e receptor

- receptor tem que amostrar sinal na mesma freqüência em que este foi gerado

- freqüência do sinal define o “tempo bit” (intervalo de sinalização)

- amostragem deve ocorrer aprox. no meio do tempo bit

Codificação e sincronização de bits - sinal de sincronização pode ser enviado em fio separado daquele que envia a mensagem => funciona bem, permite altas freqüências de transmissão, mas mais caro

- requer cabo com 4 fios => 2 para dados e 2 para sinal de sincronização

Codificação e sincronização de bits

- outra opção: codificar na própria mensagem sinais que geram sincronização

- transições (flancos) facilmente detectáveis eletronicamente

- outras formas de codificação de bits foram criadas para este fim:

- Codificação RZ (Return to Zero):

+12V

-12V

0V

1 1 0 0 1

tempo bit

Codificação e Sincronização de Bits

(a)

+12V

-12V

tempo bit

Lógico 1

(b)

+12V

-12V

tempo bit

Lógico 0

trem de sinais(c)

1 1 1 0 0 1

- Codificação Manchester :

Obs.: baudrate = 2 x bitrate!

Codificação e Sincronização de Bits -Codificação Manchester diferencial

- 0 = transição 1 = falta de transição 1 0 0 1 1 1 0 1

tempo bit

A camada de Enlace de Dados

(Data Link Layer)

- Geralmente decomposta em 2 subcamadas (proposta IEEE):

MAC (Medium Access Control): controle de acesso ao meio (muito importante em redes de difusão)

LLC (Logical Link Control): controle lógico de enlace, faz todas as demais funções e oferece serviços à camada logo acima

• IEEE 802.2 - LLC

• IEEE 802.3 – 1-Persistente CSMA-CD (Ethernet ->Xerox)

• IEEE 802.4 – Token Bus (Fisico:Barramento, Lógico:Anel)

• IEEE 802.5 – Token Ring – Passagem de Ficha em Anel (IBM)

Subcamada LLC- Classes de serviços de enlace:

- sem conexão e sem reconhecimento

- não há como recuperar quadro perdido

- usado em sistemas com meio físico pouco sujeito à ruídos ou com controle de erros em outra camada

- sem conexão com reconhecimento

- controle de perda de quadros: se reconhecimento não recebido antes de time-out, repetir envio

- com conexão

- garante não perda, não repetição e seqüência correta de quadros

- requer 3 etapas: estabelecer conexão, transmitir dados, liberar conexão

EthernetTecnologia de rede local “dominante” : barato R$30 por 100Mbs! primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples, e mais barata que LANs com token e

ATM Velocidade crescente: 10, 100, 1000 Mbps

Esboço da Ethernetpor Bob Metcalf

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preâmbulo: 7 bytes com padrão 10101010 seguido por um

byte com padrão 10101011 usado para sincronizar transmissor e receptor

Estrutura do Quadro Ethernet (mais)

Endereços: 6 bytes, quadro é recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereço do quadro não coincide com o endereço do adaptador

Tipo: indica o protocolo da camada superior, geralmente é o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC: verificado no receptor, se um erro é detectado, o quadro é simplesmente descartado.

Codificação Manchester de Banda Básica

Banda básica significa que não se usa modulação de portadora; ao invés disto, bits são codificados usando codificação Manchester e transmitidos diretamente, modificando a voltagem de sinal de corrente contínua

Codificação Manchester garante que ocorra uma transição de voltagem a cada intervalo de bit, ajudando sincronização entre relógios do remetente e receptor

Ethernet

Serviço sem conexão e não confiável sem handshake

Receptor (adaptador) simplesmente descarta frames com erro (erro de CRC)

Camadas de Aplicação ou Transporte podem recuperar erro

Ethernet: usa CSMA/CD

A: examina canal, se em silêncioentão {

transmite e monitora o canal; Se detecta outra transmissão então { aborta e envia sinal de “jam”;

atualiza número de colisões; espera como exigido pelo algoritmo “exponential backoff”; vá para A}

senão {quadro transmitido; zera contador de colisões}}

senão {espera até terminar a transmissão em curso vá para A}

Ethernet CSMA/CD (mais)

Sinal “Jam”: garante que todos os outros transmissores estão cientes da colisão; 48 bits;

“Exponential Backoff”: Objetivo: adaptar tentativas de retransmissão

para carga atual da rede carga pesada: espera aleatória será mais longa

primeira colisão: escolha K entre {0,1}; espera é K tempo pré-definido

após a segunda colisão: escolha K entre {0,1,2,3}…

após 10 ou mais colisões, escolha K entre {0,1,2,3,4,…,1023}

K * (512 “bit time”)

Randomização de tempo no CSMA/CD

(Binary Exponential Backoff)start

StationReady ?

NewFrame ?

EtherSilent ?

transmit

Collision ?

nc = nc+1

limit = 2nc-1

Wait=random [0,limit]

nc = 0

no

no

no

yes

Tecnologias Ethernet: 10Base2

10: 10Mbps; 2: comprimento máximo do cabo de 200 metros (de fato, 186 metros) cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores são usados para conectar múltiplos segmentos repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces: atua somente na camada física!

pacotes transmitidosviajam nas duas direções

conectorT terminador

adaptador

nó

nó

nó

nó

nó

Cabos Coaxiais• Constituídos de 2 condutores concêntricos separados por isolante

Capa protetora

Trança metálica

Capa isolante

Alma de cobre

Cabo com conectores BNC

10BaseT e 100BaseT Taxas de transmissão de 10 e 100 Mbps; este

último é chamado de “fast ethernet” T significa Par Trançado Usa concentrador (“hub”) ao qual os nós estão

ligados por cabos individuais de 2 pares trançados, apresentando, portanto uma “topologia em estrela”

CSMA/CD implementado no “hub”

Par Trançado (Twisted Pair)- forma mais barata e clássica de conexão

- cabo composto de “n” pares de fios de cobre isolados e arranjados de forma helicoidal

- Efeito do arranjo helicoidal => reduzir induções eletromagnéticas parasitas => fios paralelos formam antena !

- Categoria 3: telefone, LAN2 pares

- Categoria 5: isolamento teflon, LANusado em 100BaseT

Conector RJ45

10BaseT e 100BaseT (mais)

Máxima distância do nó ao hub é de 100 metros

Hub pode desconectar um adaptador que não pára de transmitir (“jabbering adapter”)

Hub pode coletar e monitorar informações e estatísticas para apresentação ao administradores da LAN

Gbit Ethernet

Usa formato do quadro Ethernet padrão

Admite enlaces ponto-a-ponto e canais de difusão compartilhados

Em modo compartilhado, usa-se CSMA/CD; para ser eficiente, as distâncias entre os nós devem ser curtas (poucos metros)

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

Fibras Óticas

- Sinais binários transmitidos como impulsos luminosos:

- lógico 1 => presença de luz- lógico 0 => ausência de luz

Feixe de fibras óticas

- Princípio de transmissão na fibra:- ângulo de incidência grande => reflexão e refração- ângulo de incidência pequeno => reflexão total

Silício

Ar

fonte de luz

- Problemas da interconexão:

• Como realizar o roteamento entre estações em subredes diferentes ?

• Como interconectar subredes que usam protocolos diferentes e incompatíveis ?

• ex. IBM Token-Ring x Ethernet

• Como interconectar subredes com arquiteturas diferentes ?

• (ex.: ISO/OSI x TCP/IP)

Interconexão de redes

As diferentes possibilidades de interconexão

- Repetidores (Repeaters): operam a nível da camada física, reforçando sinais elétricos no meio.

- Pontes (Bridges): operam a nível da camada de enlace, armazenando, modificando e retransmitindo quadros.

- Passarelas (Gateways), classificados em 2 tipos:

• Gateway conversor de meio (media-convertion gateway), também chamado Roteador (Router): opera a nível da camada de rede e pode realizar funções de roteamento, além das funções das pontes.

• Gateway tradutor de protocolos (protocol-translation gateway), que chamaremos aqui simplesmente de Gateway: opera a nível de camada de aplicação e permite interligar subredes completamente diferentes.

Bridges (Pontes)

Gateways (Passarelas)

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

Usuário

serviços NAU

Fluxo Dados

Controle Transmissão

Controle Caminho

Controle Enlace

Ligação Física

GATEWAY REDE MAP (OSI) REDE SNA

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

Usuário

serviços NAU

Fluxo Dados

Controle Transmissão

Controle Caminho

Controle Enlace

Ligação Física

TRADUTOR

Routers (Roteadores)

Camada 7

Camada 6

Camada 5

Camada 4

Camada 3

Camada 2

Camada 1

Camada 7

Camada 6

Camada 5

Camada 4

Camada 3

Camada 2

Camada 1

Camada 2

Camada 1

Camada 2

Camada 1

ROTEADOR

SUBREDE A SUBREDE B

Camada 3 Camada 3

ROTEADORSUBREDE A

SUBREDE B

SUBREDE C SUBREDE D

Hubs, Pontes e Comutadores

Usados para estender as características das redes locais: cobertura geográfica, número de nós, funcionalidade administrativa, etc.

Diferem entre si em respeito a: isolamento de domínios de colisão camada em que operam

Diferentes de roteadores “plug and play” não provêem roteamento ótimo de pacotes IP

Hubs Dispositivos da camada física: basicamente são

repetidores operando ao nível de bit: repete os bits recebidos numa interface para as demais interfaces

Hubs podem ser dispostos numa hierarquia (ou projeto de múltiplos níveis), com um hub backbone na raiz

Hubs (cont) Vantagens de Hubs:

Dispositivos simples, baratos Configuração em múltiplos níveis provê degradação

suave: porções da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

Estende a distância máxima entre pares de nós (100m por Hub)

Desvantagens de Hubs: Não se pode misturar tipos diferentes de Ethernet (p.ex.,

10BaseT and 100BaseT) não isolam domínios de colisão: um nó pode colidir com

qualquer outro nó residindo em qualquer segmento da rede local

...

Hubs

Pontes (“Bridges”)

Dispositivos da camada de enlace: operam em quadros Ethernet, examinando o cabeçalho do quadro, e reencaminhando seletivamente um quadro com base no seu endereço de destino

Ponte isola domínios de colisão pois ela armazena e reencaminha os quadros (resulta em aumento de vazão máxima total)

Pode interligar tipos diferentes de Ethernet pois é um dispositivo “armazena e reencaminha”

Transparente: não requer nenhuma modificação aos adaptadores dos nós da rede local

- Pontes são elementos inteligentes bidirecionais: escutam todas as mensagens enviadas em cada subrede

- para cada mensagem, endereço de destino é verificado em uma tabela que indica em qual subrede este se encontra

- se endereço de destino está na mesma subrede de origem, ponte ignora a mensagem

- se endereço de destino está na outra subrede, ponte retransmite a mensagem na subrede destino

Pontes (“Bridges”)

Pontes x Roteadores Ambos são dispositivos “armazena e reencaminha”,

porém Roteadores são dispositivos da Camada de Rede (examinam cabeçalhos da camada de rede) enquanto Pontes são dispositivos da Camada de Enlace

Roteadores mantêm tabelas de rotas e implementam algoritmos de roteamento; pontes mantêm tabelas de filtragem e implementam filtragem

Pontes x Roteadores (cont)

Operação de uma Ponte é mais simples requerendo menor capacidade de processamento

Roteadores: Requerem configuração de endereços IP (não são “plug and play”)

- Requerem maior capacidade de processamento

Pontes são melhores em redes pequenas (algumas centenas de nós) enquanto roteadores são necessários em grandes redes (milhares de nós)

Comutadores Ethernet

Um comutador Ethernet (“Ethernet switch”) é um dispositivo que estende funções normais de ponte para incluir “conexões dedicadas” ponto-a-ponto

Uma estação ligada a um comutador através de uma conexão dedicada ponto-a-ponto sempre detecta que o meio está ocioso: não haverá colisões nunca!

Comutadores Ethernet provêem combinações de conexões compartilhadas/dedicadas, a 10/100/1000 Mbps

Uso de um Comutador Ethernet

Dedicated

Shared

Exemplo de Comutador Ethernet

A pode transmitir para A’ enquanto B transmite

para B’ e C transmite para C’, simultaneamente.

A vazão agregada corresponde às três transferências simultâneas.

Por exemplo, 3 x 10 Mbps.

Switchers (Comutadores)

LC

Atuam em nível da camada 2 (comutação pelo endereço MAC

dos frames)

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto Um transmissor, um receptor, um link: mais

fácil que um enlace broadcast: não há Controle de Acesso ao Meio não há necessidade de endereçamento MAC

explícito ex., enlace discado, linha ISDN

protocolos ponto-a-ponto populares para camada de enlace: PPP (point-to-point protocol) HDLC: High level data link control

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacote: encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace transporta dados da camada de rede de qualquer

protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo tempo transparência de bits: deve transportar qualquer padrão de

bits no campo de dados detecção de erros (mas não correção) gerenciamento da conexão: detecta, e informa falhas do

enlace para a camada de rede negociação de endereço da camada de rede: os pontos

terminais do enlace podem aprender e configurar o endereço de rede de cada outro

Recuperação de erros, controle de fluxo, re-ordenação dos dados são todos relegados para as camadas mais altas!

PPP Formato do Quadro

Flag: delimitador (enquadramento) Endereço: não tem função (opção futura) Controle: não tem função; Protocolo: indica o protocolo da camada

superior ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue (ex. IP, etc.)

endereçocontrole

tamanhovariávelou ou

CRC

PPP Formato dos dados

info: dados da camada superior sendo transportados

CRC: verificação de redundância cíclica para detecção de erros

endereçocontrole

tamanhovariávelou ou

CRC

PPP usa Byte Stuffing Requisito de “transparência de dados”: o

campo de dados deve poder incluir o padrão correspondente ao flag <01111110> Q: se for recebido o padrão <01111110>

são dados ou é flag? Transmissor: acrescenta (“stuffs”) um byte

extra com o padrão < 01111101> (escape) antes de cada byte com o padrão de flag < 01111110> nos dados

Receptor: um byte 01111101 seguido de 01111110

em seguida: descarta o primeiro e continua a recepção de dados

único byte 01111110: então é um flag

Delimitação de quadros- Solução 1: enviar caracter adicional com tamanho do quadro

- Inconveniente: perda ou deturpação deste caracter

Delimitação de quadros

- Solução 2: Usar seqüências especiais de caracteres ASCII para delimitar quadro

- inicio:

- DLE (Data Link Escape, ASCII 10H) + STX (Start of Text, ASCII 02H)

- Fim:

- DLE + ETX (End of Text, ASCII 03H)

- Caso seqüência DLE+ETX contida na parte de dados: emissor adiciona um DLE após cada DLE encontrado e receptor remove => caracter de transparência

Delimitação de quadros

- Solução 3: em protocolos orientados a bits, usar seqüência especial de bits para delimitar quadro

- Seqüência mais usual: 0111 1110

- Se esta seqüência estiver presente nos dados: emissor insere um 0 após cada 5 bits 1 consecutivos e receptor remove (bitstuffing) => bit de transparência

bit de transparência

0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0

(a)

(b)