capítulo 5: a camada de enlace

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5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de broadcast: acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace redes locais (LANs): Ethernet, VLANs instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

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Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de broadcast : acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace redes locais ( LANs ): Ethernet, VLANs - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 datagramaa 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 multipontobull 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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 2: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-2

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 datagramaa 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 multipontobull 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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 3: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 datagramaa 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 multipontobull 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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 4: Capítulo 5: A Camada de 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 multipontobull 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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 5: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 multipontobull 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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 6: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 7: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 8: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 9: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 10: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

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

de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 11: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta 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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 12: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 13: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 14: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRCQueremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R que satisfaccedila

GDR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 15: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 16: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 17: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 18: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 19: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara 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 MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 20: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs 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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 21: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 22: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

Band

as d

e fre

quecircn

cia tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 23: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA 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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 24: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 25: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 26: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 canalusado 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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 27: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

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

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

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

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

111111111112

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

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

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

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

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

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 28: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puroP(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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

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

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

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

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

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

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

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

58-23-D7-FA-20-B0

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

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

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

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

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 29: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 30: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 31: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees 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 Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 32: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 33: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet1 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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 34: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 0ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 511eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 35: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos 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 aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 36: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 37: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem 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 paramandar)

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 38: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

cablemodemsplitter

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 39: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots

upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos

atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem

Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 40: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 41: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 42: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 43: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 44: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

portabilidadePode 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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 45: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53 LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 46: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 47: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 48: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 49: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

IPEthPhy

quadro enviado de A para R

IPEthPhy

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-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

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  • Camada de Enlace
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  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
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  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 50: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 51: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 52: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-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

IPEthPhy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 53: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 54: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 55: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 56: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-56

Estrutura do Quadro EthernetAdaptador 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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

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ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 57: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 58: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 transmissordados 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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 59: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 60: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 61: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 62: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 63: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-63

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 64: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 65: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-65 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

Internet Video Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 66: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 67: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-67

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 68: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-68

Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel

ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros 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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 69: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 2 345

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 70: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 2 345

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 71: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 autoaprendizagemA

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 72: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadrosQuando 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 destinothen

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 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 73: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo 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)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Page 74: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

AB

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 DE

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Page 75: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha 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

AB

S1

C DE

FS2

S4

S3

HI

G

12

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 76: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para redeexterna

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 77: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

enlacefiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

quadro

quadro

quadrodatagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 78: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e

serviccedilos52 Detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de

acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais

Endereccedilamento ARP

EthernetSwitchesVLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
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  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
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  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 79: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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 Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
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  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
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  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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5 Camada de Enlace 5-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
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  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 81: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
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  • 10BaseT
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  • 100Base-TX
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  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Page 82: Capítulo 5: A Camada de Enlace

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

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
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  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
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  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
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  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
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  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
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  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
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Page 83: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

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

EthPhy

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)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (2)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (3)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (4)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (5)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN (6)
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
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  • Conector RJ 45
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  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
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  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Page 84: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

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 Comcast68800013

servidor DNSDNSUDP

IPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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 estabelecida64233169105servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIPEthPhy

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

HTTPTCPIP

EthPhy

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

64233169105servidor web

HTTPTCPIPEthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

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

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Rede de acesso a cabo
  • Rede de acesso a cabo (2)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC e ARP
  • Endereccedilos MAC e ARP (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP mesma LAN (rede)
  • Endereccedilamento repassando para outra LAN
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  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Ethernet topologia fiacutesica
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 65
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Comutador (switch) Ethernet
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de repasse do switch
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch filtragemrepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede institucional
  • Comutadores x Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 85: Capítulo 5: A Camada de Enlace

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

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5 Camada de Enlace 5-86

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5 Camada de Enlace 5-87

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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

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