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Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
Objetivos entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da
camada de enlaceo detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros o compartilhamento de um canal de difusatildeo
(broadcast) acesso muacuteltiploo endereccedilamento da camada de enlaceo transferecircncia de dados confiaacutevel controle de fluxo
jaacute visto instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias
tecnologias da camada de enlace
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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ldquoenlacerdquo
A camada de enlace de dados tem a responsabilidade de transferir datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutesde um enlace
Camada de enlace contexto
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Camada de enlace contexto
fluxo real de PDUsRoteador R1
Roteador R4
Roteador R3Roteador R3Roteador R2
protocolode enlace
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dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-
hospedeiro
unidade de dados quadro (frame)
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
Camada de enlace contexto
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Serviccedilos da Camada de Enlace
Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho
e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para
identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra
alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro
bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
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Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)
Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros
o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros
bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro
Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)
sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex
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Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo
o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits
(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros
pode incluir os campos de cabeccedilalho
bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
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Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
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Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
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Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
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Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
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Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
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Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
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Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
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Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
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Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
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Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
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Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
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Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
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Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
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Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
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ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
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Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
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CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
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Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
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CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
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Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
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Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
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Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
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Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
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Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
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Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
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Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
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Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
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DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
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Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
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Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
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Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
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Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
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Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
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Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
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Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
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Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
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10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
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10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
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HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
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Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
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Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
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Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
2
3
ldquoenlacerdquo
A camada de enlace de dados tem a responsabilidade de transferir datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutesde um enlace
Camada de enlace contexto
4
Camada de enlace contexto
fluxo real de PDUsRoteador R1
Roteador R4
Roteador R3Roteador R3Roteador R2
protocolode enlace
3
5
dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-
hospedeiro
unidade de dados quadro (frame)
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
Camada de enlace contexto
6
Serviccedilos da Camada de Enlace
Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho
e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para
identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra
alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro
bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
4
7
Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)
Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros
o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros
bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro
Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)
sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex
8
Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo
o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
5
9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits
(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros
pode incluir os campos de cabeccedilalho
bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
6
11
Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
3
5
dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-
hospedeiro
unidade de dados quadro (frame)
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
Camada de enlace contexto
6
Serviccedilos da Camada de Enlace
Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho
e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para
identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP
Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra
alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro
bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
4
7
Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)
Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros
o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros
bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro
Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)
sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex
8
Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo
o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
5
9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits
(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros
pode incluir os campos de cabeccedilalho
bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
6
11
Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
4
7
Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)
Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros
o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros
bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro
Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)
sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex
8
Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo
o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
M
MMM
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefiacutesico
protocolode enlace
placa adaptadora
5
9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits
(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros
pode incluir os campos de cabeccedilalho
bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
6
11
Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
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33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
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Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
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35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
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Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
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37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
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39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
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47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
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49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
5
9
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits
(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros
pode incluir os campos de cabeccedilalho
bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
6
11
Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
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Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
6
11
Verificaccedilatildeo de Paridade
Paridade simplesDetecta erros de um bit
Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit
0 0
sem erros erro deparidade
erro de 1 bitcorrigiacutevel
erro deparidade
bit deparidade
12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo de
segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits
checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP
Receptor computa o checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado eacute igual ao valor do campo checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro
(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) em um segmento transmitido (usado apenas na camada de transporte)
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
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Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
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33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
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Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
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35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
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Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
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37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
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Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
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39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
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47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
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49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
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53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
7
13
Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de
um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que
o ltDRgt seja divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) o receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de
zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com
comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
padratildeo de bits
foacutermulamatemaacutetica
bits de dados a enviar
14
Exemplo de CRCDesejado
D2r XOR R = nGequivalente a
D2r = nG XOR R equivalente a
se dividimos D2r
por G o resto seraacute R
R = resto[ ]D2r
G
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
8
15
Implementaccedilatildeo de CRC
Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D
O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro
Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos
A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado
ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
16
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
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33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
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Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
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Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
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Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
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37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
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Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
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43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
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49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
9
17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto
o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro
Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211
18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado
duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode
transmitir com sucesso num dado instante de tempo
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
10
19
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Protocolo de acesso muacuteltiplo o algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determina quando cada estaccedilatildeo pode transmitir
o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
20
Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal
Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave
taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado
o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc
4 Simples
Objetivo eficiente justo simples descentralizado
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
11
21
Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes
o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)
bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees
22
Particionamento de Canal TDMA
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho
fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes
compartimentos 256 ficam vazios
ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
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35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
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37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
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39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
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43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
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49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
12
23
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccedilado exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes as bandas
de frequumlecircncia 256 ficam vazias
band
asde
fre
quumlecircn
cia tempo
Particionamento de Canal FDMA
mesmos problemas de eficiecircncia do TDM
24
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via
retransmissotildees)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
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47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
13
25
Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)
Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento
Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso
26
Slotted ALOHA
Pro Se apenas um noacute estiver ativo
pode transmitir continuamente agrave taxa do canal
Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados
simples
Contra Colisotildees desperdiacutecio de
slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes
de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote
Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
14
27
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p
prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1
Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos
encontrar p que maximize N p(1- p)N-1
o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037
Eficiecircncia fraccedilatildeo de longo-prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros a enviar
Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo
28
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots
(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta
o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
15
29
Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =
P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior
30
CSMA Carrier Sense Multiple Access
CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio
Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
16
31
Colisotildees no CSMA
colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
arranjo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)
espaccedilo
tem
po
32
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)
CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o
desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes
detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou
comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto
transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em
redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)
analogia humana interlocutor educado
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
17
33
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo
tempo
detecccedilatildeo de colisatildeotempo
de parada
34
Protocolos com Revezamento
Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda
o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal
o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento
buscam o melhor dos dois mundos
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
18
35
Protocolos MAC com Revezamento
Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo
os escravos a transmitir um de cada vez
problemaso custo da consulta
(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre
Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)
passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente
problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes
36
Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos
o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal
o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees
depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo
reserva mensagens
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
19
37
Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar
acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala
de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps
Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local
38
Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado
o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)
o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)
bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211
o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo
Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
20
39
Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora
o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP
40
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
21
41
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
Endereccedilos IP de 32-bit endereccedilos da camada de rede usados para levar o datagrama ateacute a rede de
destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a
outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)
Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador
42
Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico
End 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(wired orwireless)
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
22
43
A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade
Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade
o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC
endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel
o depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos Fiacutesicos e ARP
44
Envio de um pacote de Argon para Neon
Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
23
45
DNS The IP address of
ldquoneontcpip-labedurdquo is
1281437121
ARP What is the MAC
address of 1281431371
DNS What is the IP address
of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of
1281431371 is 00e0f923a820
1281437121 is not on my local network
Therefore I need to send the packet to my
default gateway with address 1281431371
frame
1281437121 is on my local network
Therefore I can send the packet directly
ARP The MAC address of
1281431371 is 0020af039828
ARP What is the MAC
address of 1281437121
frame
46
Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP
O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC
A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se
natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo
o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
24
47
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
25
49
Topologia em estrela
Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch
hub orswitch
50
Estrutura do Quadro Ethernet
Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor
Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador
Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados (pex Novell IPX e AppleTalk)
CRC verificado no receptor se erro eacute detectado o quadro eacute descartado
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
26
51
Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando
codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua
Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor
mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes
Aspecto da camada fiacutesica
52
Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)
entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo
abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)
ir para A
senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees
senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
27
53
Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)
Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec
ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas
de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria
mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo
escolher K entre 01 segunda colisatildeo
escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees
escolher K entre 01234hellip1023
Ethernet CSMACD (cont)
54
Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes
)5(1
1
trans
prop
t
tEficiecircncia
+
=
tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo
Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1
Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato
28
55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
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Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
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Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
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IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
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Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
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101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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55
Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de
fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento
repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)
repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica
pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees
conectorT terminador
adaptador
noacute noacute noacute noacute noacute
56
10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em
estrelardquo
par tranccedilado
hub
29
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10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
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Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
29
57
10BaseT e 100BaseT (cont)
Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que
natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip
Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN
10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B
(5 clocks para transmitir 4 bits)
58
HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica
o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as
colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede
twisted pair
hub
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
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Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
30
59
Gbit Ethernet (IEEE 8023z)
Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e
canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD
o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)
hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)
Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente
60
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
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Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
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ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
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Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
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Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
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IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
31
61
Interconexatildeo de LANs
Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego
bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda
o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo
o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees
o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex
62
Hubs e Comutadores
Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc
Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam
Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
32
63
Hubs Dispositivos de camada fiacutesica
o repetem os bits recebidos numa interface para as demais
Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)
64
Hubs (cont)
Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar
o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
33
65
Hubs (cont)
Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento
o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)
o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)
66
Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace
o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino
o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento
Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch
plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
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IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
34
67
Repasse (forwarding)
bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento
hub hubhub
switch1
2 3
68
Auto-aprendizado
Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo
o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas
O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
35
69
Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido
indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)
senatildeo inundar
Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro
70
Exemplo
Suponha que C envia quadro para D
Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as
interfaces 2 e 3
quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEG
1123
12 3
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
36
71
Exemplo
Suponha que D responde para C
Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a
interface 1
quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF G H
I
end interface
ABEGC
11231
72
Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede
em vaacuterios segmentos de LAN
Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collisiondomain
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
37
73
Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas
interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo
direta com o comutador Sem colisotildees full duplex
Switching A-para-Arsquo e Brsquo-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
74
Comutador hellip
Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia
Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
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Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
38
75
Rede institucional
hub hubhub
comutador
para a rede externa
roteador
subrede IP
servidor de correio-e
servidor web
76
Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa
o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)
o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos
de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam
filtragem
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
39
77
Comparaccedilatildeo Sumaacuteria
hubs routers switches
traffic isolation
no yes yes
plug amp play yes no yes
optimal routing
no yes no
cut through
yes no yes
78
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP
58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
40
79
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito
o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada
de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)
80
Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc
PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
41
81
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bits no campo de dados
Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP
Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos
Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a
camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede
comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede
Simplicidade
82
Nem tudo foi requerido do PPP
natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco
comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto
(ex polling)o HDLC os permite
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
42
83
PPP Formato do Quadro Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos
campos de controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o
conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de
erros
endereccedilocontrole
tamanhovariaacutevelou ou
CRC
84
Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de
dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt
Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt
Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados
o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit
stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere
um bit lsquo0rsquo
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
43
85
Byte Stuffing
byte como padratildeodo flag nosdados a enviar
byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido
86
PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada
de rede os parceiros da camada de enlace devem
configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)
aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do
Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP
44
87
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
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A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
44
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
88
ATM e MPLS
ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet
Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)
ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas
45
89
Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
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Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)
Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)
o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia
o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono
90
Arquitetura ATM
camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM
o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)
para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo
o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
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natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
46
91
ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim
ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia
de rede
Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada
de enlace comutada conectando roteadores IP
Rede ATM
rede IP
92
Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM
o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo
de Serviccedilo
melhor
esforccedilo
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxa
constante
taxa
garantida
miacutenimo
garantido
natildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso de
Congestatildeo
natildeo (inferido
pelas perdas)
natildeo haacute
congestatildeo
natildeo haacute
congestatildeo
sim
natildeo
Garantias
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
47
93
Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV
da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados
possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o
endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o
ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem
ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico
CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas
94
CVs ATM
Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)
o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
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IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
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A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
48
95
Camada ATM ceacutelula ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes
o Por quebull carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
Cabeccedilalhoda ceacutelula
Formato daceacutelula
96
Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
VCI identificador de canal virtual
o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados
CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)
o CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestionamento
HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho
o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
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0
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A
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in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
49
97
Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a
camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende
do tipo de meio fiacutesico sendo empregado
98
IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex
segmentos de LAN) endereccedilos MAC
(8023) e IP
IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex
segmento de LAN) por rede ATM
endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
50
99
IP-sobre-ATM
AALATMphyphy
Eth
IP
ATMphy
ATMphy
apptranspIPAALATMphy
apptranspIPEthphy
100
Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem
o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)
o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e
passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a
comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino
o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas
o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
51
101
IP-sobre-ATM
datagramas IP emPDUs ATM AAL5
de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023
RedeATM
LANsEthernet
102
Multiprotocol label switching (MPLS)
Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais
PPP or Ethernet
headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header
label Exp S TTL
20 3 1 8
52
103
Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
104
R1R2
D
R3R4R5
0
1
00
A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
1
in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
53
105
Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
52
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Roteadores habilitados para MPLS
Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)
Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP
Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo
permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)
o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas
IP
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R3R4R5
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A
R6
in out out
label label dest interface
6 - A 0
in out out
label label dest interface
10 6 A 1
12 9 D 0
in out out
label label dest interface
10 A 0
12 D 0
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in out out
label label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tabelas de repasse MPLS
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS
53
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Camada de Enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de acesso muacuteltiplo
54 Endereccedilamento na camada de enlace
55 Ethernet
56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)
57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de
enlace ATM e MPLS