redes de computadores redes de computadores i camada de enlace professor: m.sc. carlos oberdan rolim...

REDES DE COMPUTADORESREDES DE COMPUTADORES I

Camada de enlace

Professor: M.Sc. Carlos Oberdan Rolim

Versão: 070514_01 *Créditos: Baseado no material do Prof A. Carissimi - UFRGS

Enlance

• Comunicação entre dois dispositivos envolve uma infra-estrutura física composta pela interligação de vários dispositivos entre si– Cada interligação é o que se denomina de enlace

• Enlace é a interligação entre dois pontos– Dedicado (Ponto a ponto)– Compartilhado (broadcast)

• Possui um protocolo– Normalmente implementado em um adaptador de rede

(placa de rede)

CAMADA DE ENLACE DE DADOS• Desempenha basicamente as seguintes funções:

– Fornece interface bem definida para a camada de rede;

– Endereçamento

– Organiza os dados recebidos da camada de rede em quadros (frames) a serem transmitidos na rede física (e vice-versa);

– Trata erros de transmissão; e

– Realiza controle de fluxo para evitar que receptores lentos (ou muito ocupados) sejam inundados de quadros por emissores rápidos (ou pouco ocupados).

Serviços fornecidos para a camada de rede• O principal serviço é a transferência de dados da camada de

rede de uma máquina 1 para a camada de rede de uma máquina 2 (diretamente conectada à máquina 1).

(a) Comunicação virtual; (b) Comunicação real

Endereçamento– Problema em enlaces compartilhados (broadcast)

• Como identificar o destino ?• Como saber que uma transmissão é para mim ?

– Solução: definir endereços físicos (endereços MAC)• Exemplo: em redes IEEE802 3 têm-se 08:00:46:EC:69:52 (end

unicast)• São vinculados às interfaces de rede

Tratamento de Quadros

– Dados recebidos da camada de rede (blocos de bytes) precisam ser enviados pelo canal de enlace de uma máquina A para uma máquina B diretamente conectada à primeira, usando-se a camada física que transmite seqüências de bits agrupadas em blocos ditos quadros (frames).

– Problema: como identificar início (ou final) de um quadro se tudo é sinal eletromagnético (ou óptico) no nível físico ?

• Usar algum método de marcação de inicio / fim de quadro

– Diferentes métodos que dependem da tecnologia usada no nível de enlance

• A geração de quadros pode ser:– Por temporização de intervalos entre quadros, quando são inseridos intervalos

de tempo entre um quadro e outro; não é muito confiável porque as redes de transmissão não garante a temporização do sistema para o usuário final;

– Por contagem de bytes, quando se usa um cabeçalho no quadro indicando a quantidade de bytes no mesmo; apresenta um problema sério quando os contadores dos quadros são alterados por erros de transmissão.

Enquadramento por contagem de bytes (a) sem erros, (b) com erros

• Por utilização de byte de início e fim de quadro, com inserção de caracter de escape, quando se usa um ou mais bytes para marcar o início e o fim de um quadro, inserindo-se bytes de escape quando a seqüência de início e/ou fim aparece dentro dos dados transmitidos.

Enquadramento com byte de início e fim

• Por utilização de seqüência de início e fim de quadro, com inserção de bit de escape, quando se usa um padrão de bits para indicar o início e o fim de um quadro, inserindo-se bits de escape quando a seqüência de início e/ou fim aparece dentro dos dados transmitidos.

Enquadramento com seqüência de bits de início e fim

• Por violação de codificação na camada física, usado em algumas redes locais (IEEE 802, p.ex.) onde cada bit de dados é codificado como 2 bits físicos (0 = 01, 1 = 10, 00 e 11 são codificações inválidas para dados, podendo ser usadas para início e/ou fim de quadro).

Enquadramento por violação de codificação

Detecção e Correção de Erros• Na transmissão de dados, erros podem ocorrer por diversas razões: indução eletromagnética,

falha de sincronização entre emissor e receptor, defeito de componentes, etc.• A camada de enlace de dados deve garantir uma transmissão livre de erros entre duas

máquinas diretamente conectadas.• Cada quadro é acrescido de um campo de verificação que permite a detecção (e,

eventualmente, a correção) de erros no quadro ao chegar no destino (imediato).

Paridade de Caracteres• Quando se usa codificação de 7 bits em bytes de 8 bits, é possível a

utilização do oitavo bit como sinalizador de paridade, de modo que a quantidade de bits 1 no byte seja par (no caso de paridade par) ou ímpar (no caso de paridade ímpar).

Paridade de Caracter

• Este esquema permite detectar, mas não corrigir erros.

Se par o 0 fica onde numero de 1´s for parSe impar o 0 fica onde número de 1´s for impar

Paridade Combinada• Nesse esquema, além da paridade de caracter, instala-se uma paridade

para o bloco de caracteres, permitindo-se a detecção e recuperação de 1 erro por caracter, a detecção de dois erros por caracter, e havendo falha de detecção no caso de erros quádruplos, como o indicado no exemplo.

Paridade combinada - dados corretos

VRC = Vertical Redundancy CheckingLRC = Longitudinal Redundancy CheckingBCC = Block Check Caracter

Soma de verificação (checksum)• A informação de redundância é a soma dos dados em aritmética binária

• Transmissor:– Os bits de dados são divididos em k blocos de n bits, cada um– Soma os blocos e complementa o resultado (checksum)– O checksum é enviado junto com os dados

• Receptor:– Os bits recebidos são divididos em k blocos de n bits– Soma os blocos e complementa o resultado (checksum)

• Se checksum for zero, os dados são aceitos → não houve erro!!

Soma de verificação (checksum)

Usado pelo IP, UDP e TCP

Verificação de Redundância Cíclica (Cyclic Redundancy Checking - CRC)

• É um método de detecção polinomial que permite a detecção de praticamente toda ocorrência de erros.

• Idéia: os bits do quadro a ser transmitido serão coeficientes de um polinômio D(x). Esse polinômio é multiplicado pelo termo de maior grau de um polinômio gerador G(x), resultando em um polinômio D'(x), que é dividido pelo polinômio gerador G(x). O resto dessa divisão é o CRC do quadro. Na recepção, é feita a divisão, usando-se o mesmo polinômio gerador G(x), e se o resto da divisão não for 0 (zero), ocorreu erro de transmissão.

• Polinômios geradores:

Empregado na Ethernet (IEEE 802.3): CRC-32

Exemplo:Dado a transmitir = 1 0 1 1 1 0 1 1G(x) = x3 + x2 + xD(x) = 1x7 + 0x6 + 1x5 + 1x4 + 1x3 + 0x2 + 1x1 + 1x0 =

x7 + x5 + x4 + x3 + x + 1

D(x) * termo de maior grau de G(x) =(x7 + x5 + x4 + x3 + x + 1) * x3 = x10 + x8 + x7 + x6 + x4 + x3 = D'(x)

D'(x) % G(x) = x2 + x = 1 1 0 = R(x) = CRC

Dado transmitido = 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0

• A aplicação de CRC é normalmente feita através de hardware.

• Erros detectados:– Todos erros de um bit– Todos erros duplos, se o polinômio possuir pelo menos 3 termos

em 1– Qualquer número ímpar de erros se polinômio for fatorável por

x+1 – Qualquer erro em sequência de n bits ou menos (n= grau do

polinômio)– CRC-16 e CRC-CITT

• 100% das falhas em sequências de 16 ou menos bits, 99.997% das falhas em sequências de 17 bits, 99.998% em sequências de 18 bits ou mais

– CRC-32• Chance de receber dados ruins é de 1 em 4.3 bilhões

– Se chegou sem erro de CRC, talvez esteja correto!!

Medição de Erros em Canais de Comunicação• Taxa de Erro de Bit (Bit Error Rate - BER)

• Taxa de Erro de Quadro (Frame Error Rate - FER)

Erros aleatórios versus Erros em grupo (burst)

• Testes nos canais de comunicação são realizados com o uso de software e/ou hardware (TEST-SET) geradores de padrões de bits que são transmitidos, recuperados e verificados quanto à sua integridade.

Teste de canal de comunicação

Controle de Fluxo– Regula o fluxo de quadros entre emissor e receptor, não

permitindo que um emissor rápido (ou pouco ocupado) inunde um receptor lento (ou muito ocupado).

– Essa regulagem normalmente requer algum mecanismo de realimentação do emissor por parte do receptor, de acordo com regras bem definidas.

Controle de fluxo baseado em Confirmação Positiva com Retransmissão (Positive Acknowledgment - PAR)– Cada quadro enviado deve ser confirmado pelo receptor.– O emissor reenvia automaticamente um quadro se não receber a

confirmação dentro de um intervalo de tempo (timeout).– Para o receptor não confundir um quadro já recebido com uma cópia

retransmitida, usa-se um campo de seqüência no cabeçalho do quadro (que, nesse caso específico, somente necessita de um bit).

URI - DECC - Santo Ângelo

– Problema 1: Gera um quadro completo (vários bits) para transmitir somente um ACK 0 ou um ACK 1 (dois bits seriam suficientes).

– Problema 2: Desperdiça muita banda de transmissão porque a transmissão é half-duplex.

– Alto tempo de espera no emissor: ~ 94%

Controle de fluxo tipo PAR


Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding Window)

• Melhora 1: envia confirmação do quadro anterior da máquina A para a máquina B junto com um quadro da máquina B para a máquina A. Se não houver nada a ser transmitido de B para A, envia um ACK isolado. Essa técnica é chamada de piggybacking.

• Melhora 2: envia vários quadros (N) antes de obter a confirmação; conforme forem sendo confirmados, continua a transmitir, de modo que em um dado instante possa existir N quadros pendentes de confirmação.

Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding Window)

• Esta técnica viabiliza o envio de diversas mensagens, por parte do transmissor, antes que este receba a confirmação se as mensagens enviadas foram recebidas satisfatoriamente. Neste método é necessário numerar as mensagens de forma a identificá-las quando for recebido o seu reconhecimento.

• Nesta numeração existe um limite máximo de mensagens que podem ser enviadas sem aguardar reconhecimento. Este limite é denominado "largura da janela", sendo esta numeração organizada de forma circular.

Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding Window)• Baseado nas características apresentadas, sempre que ocorrer um erro em

uma das mensagens, podem ser implementados dois procedimentos: – o destino solicita a retransmissão apenas da mensagem com erro;

• Guardar os quadros da seqüência após o quadro errado; não confirmar o quadro errado; aguardar a retransmissão do mesmo (técnica seletive repeat). É um procedimento bem mais eficiente em termos de aproveitamento de banda, mas requer mais memória no nível de enlace do receptor

– solicita a retransmissão de todas as mensagens a partir de um determinado número de seqüência.

• Ignorar toda a seqüência de quadros a partir do errado; não confirmar a recepção; aguardar a retransmissão de todos os quadros a partir do errado (técnica go back n). É um procedimento ruim para canais de comunicação com muito erro.


Controle de fluxo por Janela Deslizante (N=3)


• É fácil concluir que a combinação [grande atraso de transmissão, banda larga e quadro pequeno] é desastrosa em termos de utilização de um canal de comunicação.

• Com a escolha apropriada da quantidade de quadros a transmitir sem confirmação (N), pode-se ter o emissor transmitindo continuamente (basta que o emissor receba a confirmação do primeiro quadro da janela logo após terminar de sinalizar o último quadro.)

• Reduz tempo de espera no emissor 63%

• Essa técnica é chamada de pipelining.

EXEMPLOS DE PROTOCOLOS DE ENLACE DE DADOS

• HDLC - High-level Data Link Control– Orientado a bit– Usado na especificação X.25 (Frame-Relay / ADSL)

• SLIP (Serial Line Internet Protocol)– Simples– Não detecta e/ou corrige erro;– Só transporta datagramas IP (Internet);

• PPP - Point to Point Protocol– Supre deficiencias do SLIP– Enquadramento– Sub-dividido em:

• LCP (Link Control Protocol) ativa / desativa linha• NCP (Network Control Protocol) negociações de parâmetros de comunicação

• SUBCAMADA DE ACESSO AO MEIO - REDES DE DIFUSÃO

– Trata dos problemas e protocolos para acesso ao meio (ou canal) de comunicação em redes de difusão, onde múltiplos usuários (estações) tem de competir entre si para usar o meio de transmissão.

– Os protocolos usados para determinar quem usa a rede na próxima vez pertencem à subcamada de acesso ao meio, chamada de controle de acesso ao meio (MAC - Medium Access Control).

• Problema da Alocação do Canal– Como controlar o acesso a um canal de transmissão

compartilhado por N usuários?

• Alocação Estática de Canal em LANs e MANs

– Idéia: dividir a banda passante (W) em N faixas, usando FDM.

– Problemas:

1) Diminui a taxa de transmissão disponível para cada usuário (banda passante de cada usuário passa a ser W/N), logo a taxa de transmissão é menor;

2) Quando um usuário não transmite, o canal é desperdiçado (vai acontecer muito porque o tráfego típico em LAN/MAN é em rajada).

• Alocação Dinâmica de Canal em LANs e MANs

– Definições:

• Modelo de Estações (Station Model): N estações independentes, cada uma com um programa/usuário gerando quadros para transmissão;

• Presunção de Canal Único (Single Channel Assumption): um único canal está disponível para transmissão/recepção das N estações;

• Presunção de Colisão (Collision Assumption): dois quadros transmitidos ao mesmo tempo colidem e são deteriorados, exigindo retransmissão;

• Transmissão em Tempo Contínuo (Continous Time): um quadro pode ser transmitido a qualquer tempo. Não existe um relógio mestre dividindo o tempo em intervalos discretos (fatias);

• Transmissão em Tempo Fatiado (Slotted Time): um quadro só pode ser transmitido em uma fatia de tempo. Uma fatia de tempo pode conter 0, 1 ou mais quadros, indicando uma fatia vazia, com um quadro ou colisão, respectivamente;

• Transmissão com Teste de Portadora (Carrier Sense): uma estação pode testar se o canal está livre para, somente nesse caso, iniciar sua transmissão;

• Transmissão sem Teste de Portadora (No Carrier Sense): uma estação não pode testar se o canal está livre.

PROTOCOLOS DE ACESSO MÚLTIPLO

ALOHA (1970)• Um dos primeiros a ser desenvolvido. Princípio de

funcionamento de uma estação que quer transmitir um quadro:– Estação transmite quadro;– Estação escuta o canal para receber o quadro que ela mesma transmitiu;– Se receber o quadro, a transmissão foi um sucesso;– Se não receber, houve colisão. Espera um tempo aleatório (crescente) e

retransmite.• Esse sistema é chamado de transmissão com contenção.

• Eficiência: aproximadamente 18 %

ALOHA Fatiado (1972)• Princípio de funcionamento de uma estação que quer

transmitir um quadro:– Tempo é dividido em slots de tamanho igual para transmitir 1 quadro– Estação aguarda marca de tempo para poder transmitir o quadro;– O restante do comportamento é igual ao ALOHA.– Eficiência: aproximadamente 36 %

CSMA - Carrier Sense Multiple Access (1-persistente)

• Princípio de funcionamento de uma estação que quer transmitir um quadro:– Estação testa o canal para ver se está livre;– Se estiver ocupado, aguarda ficar livre testando

continuamente;– O restante do comportamento é igual ao ALOHA.– Eficiência: aproximadamente 50 %

CSMA (Não persistente)

• Princípio de funcionamento semelhante ao CSMA, só que quando o canal está ocupado, aguarda um tempo aleatório (crescente) antes de tentar de novo.

• Eficiência: aproximadamente 85% (mas com atraso alto).

CSMA (p-persistente)• Usado em canais fatiados no tempo. Princípio de funcionamento:

– Estação aguarda fatia de tempo para transmitir, e transmite com probabilidade p. Com probabilidade q = 1 - p, deixa para transmitir na próxima fatia de tempo (não tem o que transmitir).

– Quando ocorre colisão, aguarda tempo aleatório (crescente) para retransmitir.• Eficiência: aproximadamente 70% com p = 0,5, 90% com p=0,1 e 95%

com p=0,01.


CSMA-CD - (Collision Detection )

• Idéia: além de não iniciar a transmissão com o canal ocupado, interrompe uma transmissão tão logo seja detectada colisão.

• Quando ocorre colisão, aguarda um tempo aleatório (crescente) para retransmitir.

• É a base do IEEE 802.3 (Ethernet).


Protocolos Livres de Colisão

Protocolo Bit-Map

• Cada estação i = 1, 2, ... N manifesta seu desejo de transmitir assinalando a i-ésima entrada de um "quadro de controle" de N bits com um bit 1.

• Após as N estações indicarem seu desejo de transmitir, elas são liberadas para transmitir em ordem numérica, de acordo com o quadro de controle.

• Se uma estação ficar pronta para transmitir após a passagem do quadro de controle, azar o dela. Deve aguardar o próximo quadro de controle.

• Protocolos desse tipo são chamados de protocolos de reserva.


Protocolo Bit-Map


Protocolo Binary Countdown

• Cada estação que quiser transmitir faz uma difusão de seu endereço (um bit por vez). Os vários endereços difundidos são operados logicamente com OR.

• Processados da esquerda para a direita (mais alta ordem primeiro), toda vez que uma estação com bit 0 for superada por uma estação com bit 1, desiste de usar.

• A estação que permanecer no páreo sozinha ganha o direito de transmitir, transmite, e inicia-se outro ciclo de disputa.


Padrão IEEE 802 para LANs e MANs

• O IEEE 802 é uma série de padrões internacionais para protocolos de acesso ao meio em LANs e MANs. Os principais são:– 802.1, que descreve o conjunto como um todo, definindo as

primitivas de interface;

– 802.2, que descreve a parte superior do nível de enlace, usando o protocolo LLC (Logical Link Control);

– 802.3, que descreve o padrão CSMA/CD (base do Ethernet);

– 802.11 - Lans sem fios.

– 802.15 - Wireless Personal Area Network (Bluetooth).

– 802.16 - Broadband Wireless Access(Wimax).


IEEE 802.2

• Define a sub-camada de Controle de Enlace Lógico - protocolo LLC (Logical Link Control)

• Ele fornece mecanismos de multiplexação e controle de fluxo que torna possível para os vários protocolos de rede (IP, IPX) conviverem dentro de uma rede multiponto e serem transportados pelo mesmo meio da rede

• Especifica os mecanismos para endereçamento de estações conectadas ao meio e para controlar a troca de dados entre utilizadores da rede

• O LLC oferece os serviços: – sem conexão/não confiável, – sem conexão/confiável e – com conexão/confiável.


(a) Posição do LLC, (b) Formato do LLC


IEEE 802.3 e Ethernet

• O IEEE 802.3 padroniza rede local usando CSMA/CD (1-persistente), sendo originado do ALOHA (1970), acrescido de Carrier Sense (1976), sendo chamado com freqüência de Ethernet.


• IEEE 802.3 e Ethernet• O enquadramento é mostrado na figura abaixo:

– Preâmbulo é sete vezes 10101010, na codificação Manchester, que gera uma onda quadrada de 10 MHz, visando a sincronização entre receptor e emissor;

– Início (10101011) é marca de início de quadro;

– Endereço Destino, é o endereço da estação receptora. Cada estação tem um endereço associado à sua interface de rede (placa de comunicação).

• Endereços de grupo (multicast). • Difusão (broadcast) – todos bits em 1;


– Endereço Origem, é o endereço da estação emissora;

– Tamanho dos Dados, é quantidade de bytes transmitidos como Dados; No máximo 1500 bytes. Quadros com valores maiores devem ser tratados pelas camadas superiores

– Dados, são os dados a serem transportados;

– Preenchimento, são usados na medida do necessário para que um quadro tenha um tamanho mínimo de 46 bytes (em redes de 10 Mbps). Um quadro muito pequeno poderia ser transmitido totalmente antes de chegar ao seu destino mais longo, gerando uma colisão caso a estação localizada no destino mais longo (cabo) resolvesse transmitir;

– CRC, é a verificação de erros.


• A codificação usada segue dois padrões: Manchester e Manchester Diferencial.

• Para transmissão de dados usando bits 0 e 1– durante uma transmissão os 1's são transmitidos como

pulsos e os 0's como a ausência de pulsos.– É o velho conceito dos interruptores, onde ligado significa

1 e desligado significa 0. – Tá, muito bonito, mas e quando simplesmente não houver

transmissão nenhuma? O receptor vai pensar que está recebendo uma seqüência infinita de zeros? Vê-se logo que esta não é uma boa solução.


Manchester e Manchester Diferencial.• Uma solução para resolver este problema, e que é usada

por todos os sistemas Ethernet, é a Codificação Manchester.

• Neste esquema os pulsos elétricos enviados só têm significado aos pares: a cada par de pulsos enviados, se o primeiro for mais forte que o segundo, indica a transmissão de um 1.

• Inversamente, se o primeiro for mais fraco que o segundo, indica a transmissão de um 0.

• Assim, quando não houver transmissão, todos os pulsos serão fracos ou simplesmente inexistentes.


Manchester e Manchester Diferencial.• Manchester Diferencial, é um pouco mais complicada.

Nesta codificação, os bits também são representados por pares de pulsos, só que, se o primeiro pulso de um par for da mesma intensidade do segundo pulso do par anterior, ou seja, não houve uma transição, há a transmissão de um 1; já se o primeiro pulso de um par for de intensidade diferente do segundo pulso do par anterior, ou seja, houve uma transição, há a transmissão de um 0.

• De forma mais simples: se o par recebido for igual ao par anterior a ele, significa um 0 transmitido. Se o par recebido for diferente do anterior a ele, significa um 1 transmitido.

• Agora fica a pergunta: como saber o valor primeiro bit nesta codificação se não há um anterior para comprar? Segue o esquema definido pela codificação Manchester original: se o primeiro pulso do par for mais forte, há a transmissão de um bit 1; se o primeiro pulso do par for mais fraco, há a transmissão de um bit 0.

• Manchester e Manchester Diferencial.

Codificação de dados IEEE 802.3

Ethernet usa o CSMA/CD

• Sem slots• o adaptador não transmite se

perceber que algum outro adaptador está transmitindo, isto é, escuta antes de transmitir (carrier sense)

• adaptador transmissor aborta quando percebe que outro adaptador está transmitindo, isto é, detecção de colisão

• Antes de tentar uma retransmissão, o adaptador espera um tempo aleatório, isto é, acesso aleatório


• A eficiência do 802.3 é indicada na figura abaixo.

Eficiência do IEEE 802.3


Redes Locais 802.3 Comutadas

• O crescimento do número de estações em rede implica no crescimento do tráfego; quando satura, o que fazer?

• Aumentar a capacidade da rede de 100 (Fast Ethernet) para 1Gbps (Gigabit Ethernet), implica em trocar todas as interfaces de rede e trocar os concentradores (hub).

• Utilizar tecnologia de comutação de circuito através de comutadores (switchs) Ethernet é uma solução bastante adotada para preservar o investimento em interfaces de comunicação, obtendo-se um ganho considerável de performance.

Interligação de redes locais• Como interligar diferentes segmentos de redes??

Interconexão com hubs

• Hub no backbone interconecta segmentos de LAN• Estende a distância máxima entre nós• Mas os domínios de colisão de segmentos individuais tornam-se um

grande domínio de colisão

• Dispositivo da camada de enlace – armazena e retransmite quadros Ethernet– examina o cabeçalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereço MAC do destino– quando o quadro deve ser encaminhado num segmento, usa

o CSMA/CD para acessá-lo• transparente

– hosts ignoram a presença dos switches• plug-and-play, self-learning (auto aprendizado)

– switches não necessitam ser configurados

Switch (comutador)

Switches

• Como determina em que segmento de LAN deve encaminhar o quadro? • Parece um problema de roteamento...

Auto apredizado

• Um switch possui uma tabela de comutação

• entrada na tabela de comutação:

• (Endereço MAC, Interface, Carimbo de tempo)

• entradas antigas na tabela são descartadas (TTL pode ser de 60 min)

• switch aprende que hosts podem ser alcançados através de quais

interfaces

• quando um quadro é recebido, o switch “aprende” a localização do

transmissor: segmento de LAN de onde ele veio

• registra o par transmissor/localização na tabela de comutação

Switches

Filtragem/Encaminhamento

Quando um switch recebe um quadro:

indexa a tabela de comutação usando o endereço MAC do destino

if entrada encontrada para o destinothen{

if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro

else encaminha o quadro na interface indicada

}

else usa inundaçãoEncaminha o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

Suponha que C envia quadro para D

• Switch recebe o quadro vindo de C• anota na tabela de comutação que C está na interface 1• dado que D não se encontra na tabela, encaminha o

quadro para as demais interfaces: 2 e 3

• quadro é recebido por D

endereço interface

ABEG

1123

• Instalação do switch quebra a subrede em diversos segmentos de LAN

• switch filtra os pacotes: – quadros do mesmo segmento de LAN não são

normalmente encaminhados para os outros segmentos– segmentos tornam-se domínios de colisão separados

domínio de colisãodomínio de colisão

Switch: isolamento de tráfego

• Switch com diversas interfaces

• Hosts têm conexão direta com o switch

• Sem colisões; full duplex

Comutação: A-para-A’ e B-para-B’ simultaneamente, sem colisões

Switches: acesso dedicado

Roteador: Dispositivo responsável pelo encaminhamento de pacotes de comunicação em uma rede ou entre redes. Uma instituição, ao se conectar à Internet, deverá adquirir um roteador para conectar sua Rede Local (LAN) ao Ponto-de-Presença mais próximo. Roteadores vivem se falando aos pares, como modems.

• ambos são dispositivos do tipo armazena-e-encaminha– roteadores: dispositivos da camada de rede (examinam os cabeçalhos da

camada de rede)– switches são dispositivos da camada de enlace

• roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam algoritmos de roteamento

• switches mantêm tabelas de comutação, implementam filtragem, algoritmos de aprendizado

Switches vs. Roteadores

hubs roteadores switches

isolamento de tráfego

não sim sim

plug & play

sim

não

sim

roteamento

não

sim

não

Comparação

Fibras ópticas

• Nas transmissões por fibras ópticas as portadoras possuem freqüências na faixa de infravermelho, valores da ordem de centenas de Terahertz

• Permite prever o emprego de elevadíssimas taxas de transmissão, de até milhares de megabits/segundo

• Capacidade pode ser aumentada utilizando multiplexação

– Multiplexar significa combinar sinais vindos de múltiplas fontes e transmití-los através de um único meio.


TDM- Definição

• TDM: Time Division Multiplexing– Multiplexação dos sinais no domínio do tempo– A multiplexação se faz com o envio sincronizado de partes dos dados– O tempo é dividido em pequenos intervalos nos quais cada fonte transmite pedaços de seus dados por vez– Problemas:

• Ordem econômica: equipamentos• Ordem técnica: degradação do sinal devido à dispersão e a efeito não lineares


WDM - Definição

• WDM: Wavelength Division Multiplexing;

– Reunião de diversos comprimentos de onda (cores) em uma única fibra.• possibilita a transmissão de vários feixes de luz em frequências diferentes numa mesma fibra óptica,

possibilitando um incremento na banda de transmissão superior a 100 vezes• Espaçamentos entre canais de 100 GHz ou 50GHz

Módulo MX/DEMUX. Filtros ADD-DROP.


DWDM - Definição

• DWDM:Dense Wavelenght Division Multiplexing– Mesma coisa que o WDM porém número de comprimentos de onda transmitidos é bem maior pois o espaçamento entre eles é menor– Espaçamentos entre canais de 25 GHz, 12.5 GHz ou ainda menores – Taxas de Transmissão cada vez maiores, sendo as mais usuais, as de 10 Gbps e 40 Gbps, embora alguns fabricantes já anunciem equipamentos com

taxas de 80 Gbps (por canal).– Pode ultrapassar os 160 canais, com taxas de 40 Gbps totalizando 6,4 Tbps (Terabits por segundo) a uma distância de 186 km (existem testes com

10.000 km)– Esse limite ainda está em expansão....

– DWDM será o futuro das telecomunicações no mundo


WDMA - Definição

• WDMA -Wavelength Division Multiple Access;

• É o responsável pela controle de acesso ao meio em Fibras Ópticas

• Finalidade de alocação de canais de acesso múltiplo;

• Pertencente à subcamada MAC (Media Access Control);


WDMA - Funcionamento

• O espectro do sinal é dividido em canais usando FDM, WDM (Wavelength Division Multiplexing) ou DWDM;

• Atribuição de dois canais a cada estação de uma LAN:– Canal de controle;– Canal de dados;

• Canais divididos em grupos de slots de tempo.– Esses subcanais são alocados

dinamicamente


Protocolos de LAN sem fio

• Contexto diferenciado das LANs com fio

– Um canal cobrindo toda a largura de banda

– Mais suscetível a colisões e interferências

• Solução simples

– Protocolo CSMA

• Problema no receptor e não no transmissor

• Problema de estação oculta

• Problema de estação exposta


Redes locais sem fio: Suposições básicas

– Cada estação tem uma faixa de alcance limitada;

– Caso uma estação receptora esteja dentro do alcance de duas estações transmissoras:

• Sinal resultante recebido será corrompido– Do ponto de vista da estação receptora

– Nem todas as estações estarão dentro do alcance umas das outras;

– Obstáculos (ex.: paredes) reduzem a faixa de alcance de uma estação.


Uso de CSMA em redes locais sem fio: uma abordagem insuficiente/inapropriada

– CSMA permite detectar interferências em relação ao transmissor

• Mas nem todas as estações estão ao alcance umas das outras

• Pode ser que uma estação “distante” esteja transmitindo, podendo afetar os receptores

– É necessário detectar interferências do ponto de vista do receptor


• Problema da estação “escondida”– A já está transmitindo (para B)

– C (fora do alcance de A) detecta o meio livre e começa a transmitir

– Transmissões de A e C colidem em B


• Problema da estação “exposta”– B está transmitindo para A

– C (dentro do alcance de B) quer transmitir para D, mas detecta que o meio está ocupado

– Mas C poderia transmitir para D sem interferir com a outra transmissão (A está fora do alcance de C)


Protocolos para redes sem fio: MACA

– Multiple Access with Collision Avoidance

– Princípio básico:

• Transmissor faz com que o receptor emita um pequeno quadro (de controle) de forma que todas as estações ao alcance do receptor tomem conhecimento da transmissão que se seguirá e permaneçam em silêncio

• MACA: Request To Send (RTS)– B deseja transmitir para C

– B envia um quadro de requisição de transmissão (RTS) para C

• MACA: Clear To Send (CTS)– C responde com um quadro de liberação para transmissão

– B inicia a transmissão do quadro de dados


Efeito de RTS e CTS– Ao “escutar” um RTS destinado a outra estação:

• estações não podem transmitir – para não interferir com o quadro CTS

– caso da estação A

– Ao “escutar” um CTS destinado a outra estação:• estações sabem o tamanho do quadro de dados que se

seguirá• aguardam em silêncio a transmissão do quadro

– caso da estação D

MACA: Múltiplas transmissões simultâneas– Após CTS, estação A pode transmitir simultaneamente

• Não interfere com a transmissão de B para C• Pois C está fora do alcance de A

MACA: Colisões– Quando dois potenciais transmissores enviam quadros

RTS simultaneamente (para a mesma estação de destino)

• A e C enviam RTSs para B RTSs colidem em B– A e C não receberão seus respectivos CTSs– Cada um aguarda um período de tempo aleatório antes

de tentar novamente o envio do RTS


Protocolos para redes sem fio: MACAW– Semelhante ao MACA, mas com melhorias

– Quadro de reconhecimento (ACK)

– Uso do CSMA para evitar colisões de RTS (quando possível)

– Uso de backoff (tempo aleatório antes de tentar novamente) individual para cada par origem-destino melhora a justiça do protocolo

– Para aumentar o desempenho do sistema:• Mecanismo para troca de informações sobre congestionamento

• Alteração no algoritmo de backoff para reagir menos agressivamente a problemas temporários

redes de computadores redes de computadores i camada de enlace professor: m.sc. carlos oberdan rolim...

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