6 Camada de Enlace 6-1
Capiacutetulo 6 A Camada de Enlace
Nossos objetivosuml Entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada
de enlace de dadosmdetecccedilatildeo e correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de broadcast acesso
muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlacem redes locais (LANs) Ethernet VLANs
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace
6 Camada de Enlace 6-2
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-3
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo
cabeados)m LANs
uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama
a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
6 Camada de Enlace 6-4
Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne
uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace
de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo
da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de
roteamento
6 Camada de Enlace 6-5
Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-2
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-3
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo
cabeados)m LANs
uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama
a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
6 Camada de Enlace 6-4
Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne
uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace
de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo
da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de
roteamento
6 Camada de Enlace 6-5
Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
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E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-3
Camada de Enlace IntroduccedilatildeoTerminologiauml hospedeiros e roteadores satildeo noacutesuml canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links)m enlaces com fio (cabeados)m enlaces sem fio (natildeo
cabeados)m LANs
uml Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagrama
a camada de enlace eacute responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
6 Camada de Enlace 6-4
Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne
uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace
de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo
da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de
roteamento
6 Camada de Enlace 6-5
Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-4
Camada de Enlace Contextouml um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlacesmEx Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
uml cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilosm ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
uml Viagem de Princeton ateacute Lausannem taxi Princeton ateacute JFKm aviatildeo JFK ateacute Genebram Trem Genebra ateacute Lausanne
uml turista = datagramauml segmento de transporte = enlace
de comunicaccedilatildeouml modo de transporte = protocolo
da camada de enlaceuml agente de viagens = algoritmo de
roteamento
6 Camada de Enlace 6-5
Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-5
Serviccedilos da Camada de Enlaceuml enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao enlace
m encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)
m implementa acesso ao canal se meio for compartilhado m lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos dos
quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto
bull Diferente do endereccedilo IPuml entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes
m jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3)m raramente usada em canais com baixas taxas de erro
(fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados)mCanais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
uml controle de fluxom compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros
entre remetentes e receptoresuml detecccedilatildeo de erros
m erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedo m receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
uml correccedilatildeo de errosmmecanismo que permite que o receptor localize e corrija
o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeouml half-duplex e full-duplex
m com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
uml em cada um dos hospedeirosuml camada de enlace implementada
no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card)m placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernetm implementa as camadas de
enlace e fiacutesicauml conecta ao barramento do
sistema hospedeirouml combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
uml lado transmissormEncapsula o datagrama em
um quadromAdiciona bits de verificaccedilatildeo
de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
uml lado receptorm verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
m extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-9
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros
podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissoruml trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
uml Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
uml transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptoruml calcula a soma de verificaccedilatildeo
do segmento recebidouml verifica se o resultado eacute igual
ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeom NAtildeO - erro detectadom SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)uml codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosauml vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriouml eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)uml objetivo escolher r bits CRC R de modo que
m ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2)m receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado errom Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1
bitsuml Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente
se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila
dividedivideoslash
oumlccedilccedilegrave
aelig times=
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011101010011100100110101001011
D G
R
r = 3
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-16
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlacesuml Ponto-a-ponto
m PPP para acesso discadomConexatildeo entre switch
Ethernet e hospedeirouml broadcast (cabo ou meio
compartilhado)mEthernet tradicionalmUpstream HFCm80211 LAN sem fiomSateacutelitemEtc
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
uml canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcastuml interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamentem colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplouml algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes compartilham o
canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitiruml comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o
proacuteprio canalm natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-19
Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
Para um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizadom nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildeesm nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias geraisuml divisatildeo de canal
mdivide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
m aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo desteuml acesso aleatoacuterio
m canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildeesm ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
uml revezamentomNoacutes se alternam em revezamento mas um noacute que possui
mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempouml acesso ao canal em ldquoturnos uml cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de compartimento
(comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turnouml compartimentos natildeo usados permanecem ociososuml Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4 com
pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircnciauml espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia uml a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircnciauml tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem ociososuml exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas 256
ociosas
Band
asde
fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
uml Quando noacute tem um pacote para transmitirmtransmite na taxa maacutexima Rmnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
uml dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquouml O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
mcomo detectar colisotildeesmcomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo)uml Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
mslotted ALOHAmALOHAmCSMA CSMACD CSMACA
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-24
Slotted ALOHA
Hipoacutetesesuml todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits)uml tempo eacute dividido em slots de
tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
uml noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
uml noacutes satildeo sincronizadosuml se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeouml quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
uml Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
uml caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-25
Slotted ALOHA
Vantagensuml uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
uml Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
uml simples
Desvantagensuml colisotildees slots
desperdiccediladosuml slots ociosos (desperdiacutecio)uml noacutes podem ser capazes de
detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
uml sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
uml Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
uml probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
uml probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-1
uml Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
uml Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1 quando Ntende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-27
ALOHA Puro (sem slots)uml Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeouml Ao chegar um quadro no noacute
m transmite imediatamente uml Probabilidade de colisatildeo aumenta
m quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-28
Eficiecircncia do Aloha puro
P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)
P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]
P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018
Ainda pior do que o Slotted Aloha
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
mSe o canal estiver livre transmite todo o quadromSe o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
uml Analogia humana natildeo interrompa outros
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podemaconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro
colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAmAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempomTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo abortadas
reduzindo o desperdiacutecio do canaluml Detecccedilatildeo de colisotildees
mFaacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
mDifiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
uml Analogia humana bate papo educado
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet
1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff)exponencial binaacuteria m apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador
escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
m quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-34
Eficiecircncia do CSMACD
uml tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LANuml ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho
maacuteximo
uml Eficiecircncia vai para 1 agrave medida quem tprop vai para 0mttrans vai para infinito
uml Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
+=
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
mCompartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
mIneficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriomeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode
utilizar completamente o canalmAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Seleccedilatildeo (Polling)uml Noacute mestre ldquoconvidardquo noacutes
escravos a transmitir em revezamento
uml Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
uml PreocupaccedilotildeesmOverhead com as
consultas (polling)m Latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
Passagem de permissatildeo (token)
uml controla permissatildeopassada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
uml mensagem de passagem da permissatildeo
uml preocupaccedilotildeesm overhead com a
passagem de permissatildeom latecircnciam Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-38
Rede de acesso a cabo
uml muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbpsm Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
uml muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbpsm acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots de
tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidosdownstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidosupstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-39
Rede de acesso a cabo
uml DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabom FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstreamm TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm disputa
bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-40
Resumo dos protocolos MACuml divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo
mDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircnciauml acesso aleatoacuterio (dinacircmico)
mALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDmescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
mCSMACD usado na EthernetmCSMACA usado no 80211
uml RevezamentomSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central
passagem de permissotildeesmBluetooth FDDI Token Ring
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-41
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-42
Endereccedilos MAC e ARPuml Endereccedilo IP de 32 bits
m endereccedilos da camada de rede para a interfacem usado pelo repasse da camada 3 (rede)
uml Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) mFunccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de uma
interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
mEndereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
mEx 1A-2F-BB-76-09-AD
notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-44
Endereccedilo MAC (cont)
uml Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEEuml Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade)uml Analogia
(a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF(b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP)
uml endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt portabilidademPode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para outra
uml endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP moacutevel)mDepende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute conectado
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-45
ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
uml Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
uml Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgtm TTL (Time To Live) tempo a
partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede)
uml A deseja enviar datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
uml A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de Bm Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FFm todas as maacutequinas na LAN
recebem a consulta do ARPuml B recebe o pacote ARP
responde a A com o seu (de B) endereccedilo MACm Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
uml Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire)m lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira
(vai embora) a menos que seja renovada
uml ARP eacute ldquoplug-and-playrdquom os noacutes criam suas tabelas ARP
sem a intervenccedilatildeo do administrador da rede
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-47
Endereccedilamento repassando para outra LANuml encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
m foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
m assume que A conhece o endereccedilo IP de Bm assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador R
(como)m assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v A cria datagrama IP com IP origem A destino B v A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de R como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
v quadro enviado de A para R
IPEthPhy
v quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
IP src 111111111111IP dest 222222222222
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
v R repassa o datagrama com origem IP A destino Bv R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC de B como
destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-53
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-54
Ethernetuml tecnologia ldquodominanterdquo para LANs cabeadas
m chip uacutenico muacuteltiplas velocidades (ex Broadcom BCM5761)mA mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70)mMais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATMmAcompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10 Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-55
Ethernet topologia fiacutesicauml barramento popular ateacute meados dos anos 90
m Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
uml estrela prevalecircncia hojem Comutador (switch) ativo no centrom Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os noacutes
natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de
outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo uml 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com o
padratildeo 10101011uml usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do remetente
(reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
uml Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MACm se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual ao
seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
m caso contraacuterio o adaptador descarta o quadrouml Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
uml CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo
uml sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
uml Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissormdados em quadros descartados satildeo recuperados
apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
uml Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retiradabinaacuteria
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesicauml diversos padrotildees Ethernet diferentes
m tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do quadromdiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
10Gbps 40Gbpsmdiferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-63
Conector RJ 45
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
6 Camada de Enlace 6-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
6 Camada de Enlace 6-67
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-68
Comutador (switch) Ethernet
uml Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo marmazena e retransmite quadros Ethernetmexamina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
uml transparentemhospedeiros ignoram a presenccedila dos switches
uml plug-and-play self-learning (autodidatas)mos comutadores natildeo necessitam ser
configurados
6 Camada de Enlace 6-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
uml hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch
uml os switches armazenam quadros
uml o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplexm cada link eacute o seu proacuteprio domiacutenio
de colisatildeouml comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-70
Tabela de repasse do switch
uml P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
uml R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutemm (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
m parece uma tabela de repasseuml P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeom haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
6 Camada de Enlace 6-71
uml switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfacesm quando um quadro eacute recebido
o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
m registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagem
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
6 Camada de Enlace 6-72
Switch filtragemrepasse de quadros
Quando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destinoif entrada encontrada para o destino
thenif dest estiver no segmento de onde veio o quadrothen descarta o quadroelse repassa o quadro na interface indicada
else usa inundaccedilatildeo Repassa o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
6 Camada de Enlace 6-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo
uml destino do quadro Arsquo com localizaccedilatildeodesconhecida
inundaccedilatildeo
Arsquo A
r local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
6 Camada de Enlace 6-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
uml Podemos interligar comutadores (switches)
A
B
r P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe quedeve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
r R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenicocomutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
6 Camada de Enlace 6-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde para C
r P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
A
B
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
6 Camada de Enlace 6-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
6 Camada de Enlace 6-77
Comutadores x Roteadores
uml ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassam roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
m comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
uml ambos possuem tabelas de repassem roteadores obteacutem tabelas
usando alg de roteamento endereccedilos IP
m comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
6 Camada de Enlace 6-78
Camada de Enlace61 Introduccedilatildeo e
serviccedilos62 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 63 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 64 Redes Locais
mEndereccedilamento ARP
mEthernetmSwitchesmVLANs
65 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
66 Redes de centros de dados
67 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
6 Camada de Enlace 6-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web
v jornada completa atravessando toda a pilha de protocolossect aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
v colocando tudo junto siacutentesesect objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
sect cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
6 Camada de Enlace 6-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
6 Camada de Enlace 6-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave InternetDHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
v quadro Ethernet difundido(dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador queexecuta o servidor DHCP
v Ethernet demultiplexadopara IP demultiplexado paraUDP e demultiplexadoparaDHCP
v o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilodo primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP
v Solicitaccedilatildeo DHCP encapsuladaem UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023Ethernet
6 Camada de Enlace 6-82
roteador(roda DHCP)
uml servidor DHCP preparaACK DHCP contendoendereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiroroteador nome e endereccediloIP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
v encapsulamento no servidor DHCP quadrorepassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
v cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
6 Camada de Enlace 6-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
v consulta DNS criada encapsuladano UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviarquadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
v consulta ARP difundida recebidapelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccediloMAC da interface do roteador
v o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiroroteador podendo agora enviaro quadro contendo a consultaDNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
v antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
6 Camada de Enlace 6-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
v datagrama IP conteacutem consultaDNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
v datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelosprotocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
v demultiplexado pelo servidor DNSv servidor DNS responde ao cliente
com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
6 Camada de Enlace 6-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v para enviar pedido HTTP clienteprimeiro abre um socket TCP para o servidor web
v segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
v conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
v servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
6 Camada de Enlace 6-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTPHTTPTCPIPEthPhy
HTTP
v solicitaccedilatildeo HTTP enviadapara o socket TCP
v datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhadopara wwwgooglecom
v datagrama IP com a respostaHTTP eacute encaminhado de voltapara o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
v servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
v paacutegina web finalmente() apresentada
6 Camada de Enlace 6-87
Capiacutetulo 6 Resumo
uml princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dadosmdetecccedilatildeo correccedilatildeo de errosm compartilhamento de canal de difusatildeo acesso muacuteltiplom endereccedilamento da camada de enlace
uml instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlacemEthernetm LANs comutadas VLANsm redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
uml siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web