redes de computadores - suap.ifrn.edu.br · o checksum´e usado nos protocolos tcp, udp e ip....
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Redes de Computadores
Prof. Macedo Firmino
Camada de Enlace de Dados
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 1 / 74
Pilha TCP/IP
Meio Físico
Transporte
Rede
Física
Enlace de dados
Aplicação
Transporte
Rede
Física
Enlace de dados
Aplicação
A B
M1
M1
CabT
M1
CabT
CabR
M1
CabT
CabR
CabE
1011001010001011
M1
M1
CabT
M1
CabT
CabR
M1
CabT
CabR
CabE
1011001010001011
CDE CDE
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Camada de Enlace de Dados
Funcoes:
Enquadramento: divide a cadeia de bits recebidos em unidades denominadosquadros ou frames.
Enderecamento fısico (MAC): adiciona um cabecalho a cada quadro paradefinir o transmissor e o receptor local do quadro especıfico;
Controle de fluxo: para evitar que o transmissor envie uma quantidade dedados maior do que o receptor pode processar;
Controle de erro: e adicionado num campo no final do quadro com afinalidade de propor confiabilidade aos dados recebidos, atraves de ummecanismo de deteccao, perdas e retransmissao de quadros;
Controle de acesso: se existirem muitos computadores e todos desejaremenviar os dados ao mesmo tempo.
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Camada de Enlace de Dados
Protocolos de enlace fornecem comunicacao entre nos (host ouroteadores) em um enlace. Enlace e um canal de comunicacao entrenos adjacentes.
A camada de enlace e a camada fısica sao geralmente implementadasno “adaptador” de rede (ou placa de interface de rede).
InternetProcessos Processos
EnlaceEnlace Enlace Enlace
Rede
Transporte
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Deteccao de Erros
A premissa fundamental sobre rede de dados e que elas devem sercapazes de transferir dados de um dispositivo a outro com totalprecisao.
Tipos de Erros:
Erros Isolados: e modificado um unico bit por vez na sequencia dedados;
1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0
0 é trocado pelo 1
Rajada de Erros: dois ou mais bits da sequencia de dados saocorrompidos.
1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0
1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
Vários bits alterados
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Deteccao de Erros
As deteccoes de erros utilizam o conceito de redundancia, que e atecnica de adicionar bits extras no final da unidade de informacao.
Os tres principais tipos de verificacao de redundancia sao:Teste de paridade;CRC;Checksum.
Verificação da
Redundância
Correto
Errado
1011011001110 10110011011001
1011011001110
Descarta
Dados
Dados + Redundância1011011001110 10110011011001
1011011001110
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Teste de Paridade
Nesta tecnica, um bit redundante (denominado bit de paridade) eadicionado a cada sequencia de dados de tal modo que o numero de 1s nasequencia (incluindo o bit de paridade) torne-se par ou ımpar.
Dados
Dados + Bit de paridade1011011001110 1
1011011001110
Paridade Ímpar
Dados
Dados + Bit de paridade1011011001110 0
1011011001110
Paridade Par
O receptor conta quantos bits 1 a palavra possui. A paridade podedetectar todos os erros isolados de uma sequencia de dados. Ela tambempode detectar rajadas de erros sempre que a quantidade de bits
corrompidos for ımpar.
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Teste de Paridade
Exemplos:
1011010 enviado com paridade par = 10110100
1011010 enviado com paridade ımpar = 10110101
1100101110 enviado com paridade par = 11001011100
1100101110 enviado com paridade ımpar = 11001011101
1001001011 enviado com paridade par = 10010010111
1001001011 enviado com paridade ımpar = 10010010110
101101110111 enviado com paridade par = 1011011101111
101101110111 enviado com paridade ımpar = 1011011101110
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CRC
A tecnica CRC baseia-se em uma divisao binaria. Uma sequencia de bits
de redundancia, denominados bits de CRC, sao acrescentados no final dobloco de dados de maneira a tornar todo o bloco resultante divisıvel porum numero binario predeterminado (divisao modulo 2). No lado receptor,o bloco e dividido pelo mesmo numero binario. Se o resto da divisao forzero os dados estao intactos.
Dados CRC
Dados CRC
Divisor
Resto
Receptor
Dados 00...0
Divisor
CRC
Transmissor
n bits
n+1 bits
O CRC devera ter um bit a menos que o divisor. O CRC e usado emdiversos padroes de redes locais (tais como, Ethernet e 802.11).
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CRC - Aritmetica Binaria
Funcao XOR:
0 ⊕ 0 = 00 ⊕ 1 = 11 ⊕ 0 = 11 ⊕ 1 = 0
Funcao Adicao:
0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 10
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CRC - Gerador (Exemplo)
100100000 1101
Dados mais zeros extras
Divisor
Quociente
Resto
Quando o bit mais à esquerda for zero,
devemos usar 0000 no lugar do divisor
original
110110001101 1010
110111101101 0110
0000 1100
1101 001
111101
Dados + CRC100100 001
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CRC - Verificador (Exemplo)
100100001 1101
Dados + CRC
Divisor
Quociente
Resto
110110001101 1010
110111101101 0110
0000 1101
1101 000
111101
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Checksum
A tecnica de Checksum baseia-se na soma binaria e complemento deum. Os dados sao divididos em segmentos de dados. Todos ossegmentos sao somados, atraves das regras da arimetica decomplemento de um. Apos a soma o resultado e complementado paragerar o Checksum ou verifica-lo.
O Checksum e usado nos protocolos TCP, UDP e IP.
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Checksum - Gerador
O bloco de dados e dividido segmentos de n-bits. Todos osseguimentos sao somados, atraves das regras da aritmetica decomplemento de um. Finalmente e realizado o complemento doresultado da soma para gerar o checksum.
1010100100111001 Dados
10101001 00111001Dividir o bloco de
dados com 8bits
1010100100111001
1110001000011101 Complemento de um
00011101 Checksum
1010100100111001
Dados + Checksum
00011101
Soma
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Checksum - Verificador
O bloco de dados e dividido em segmentos de n-bits. Todos osseguimentos sao somados, atraves das regras da aritmetica decomplemento de um. Finalmente e realizado o complemento doresultado da soma para gerar o checksum. Se o resultado e zero, osdados sao aceitos.
10101001 00111001 00011101 Dividir o bloco de
dados com 8bits
1010100100111001
1111111100000000 Complemento de um
00000000 Checksum
Soma
1010100100111001 Dados + Checksum00011101
00011101
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Deteccao de Erros - Comparacao
O teste de paridade pode detectar todos os erros isolados de umasequencia de dados. Ela tambem pode detectar rajadas de errossempre que a quantidade de bits corrompidos forem ımpar;
O CRC pode detectar todas as rajadas de erros cuso comprimentoforem menores que ou igual ao grau do polinomio gerador. Caso asrajadas de erros sejam maiores, o CRC podera detectar com umaprobabilidade muito alta.
O Checksum detecta todos os erros envolvendo uma quantidadeımpar de bits, assim como a maioria dos erros envolvendo umaquantidade par.
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Controle de Erros
Uma vez detectado o erro o receptor realiza o controle de erro.
O controle de erro permite ao receptor informar ao transmissor sobrequais quadros foram perdidos ou corrompidos na transmissao,solicitando a retransmissao;
O controle de erros implementado na camada de enlace e baseado nadeteccao e retransmissao. Este processo e chamadode ARQ(Automatic Repeat Request).
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Controle de Fluxo
Todo dispositivo possui um limite de velocidade, para o qual o fluxode dados pode ser processado, e uma quantidade de memoria onde osdados de entrada sao armazenados;
O fluxo de dados nao deve permitir que o dispositivo receptor sejainundado por dados. Para isso, o receptor devera informar aotransmissor que o limite de capacidade esta proximo de ser alcancadoe requer uma taxa de transmissao menor ou ate mesmo uma paradana transmissao;
O controle de fluxo coordena o volume de dados que podem serenviados antes de receber uma mensagem de confirmacao (ack -acknowledgment).
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Controle de Erros e Controle de Fluxo
Sao mecanismos de controle de erros e controle de fluxo:
Stop-and-Wait ARQ;
Go-Back-N ARQ;
Selective-Repeat ARQ.
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Stop-and-Wait ARQ
O dispositivo transmissor mantem uma copia do ultimo frame
(quadro) transmitido ate receber uma resposta de confirmacao (frame
de ack, acknowledgment);
Os quadros sao numerados alternadamente em 0 e 1;
Um frame de dados 0 e confirmado por um frame ack 1, indicandoque o receptor aceitou o frame de dados 0 e espera o frame de dados1. O receptor envia respostas positivas (ACKs) somente para frame
recebidos e aceitos.
O transmissor dispara um relogio quando e enviado um frame. Se aresposta ACK nao for recebida dentro do intervalo de tempopredefinido, o transmissor assume que houve uma perda desse frame eo reenvia;
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Stop-and-Wait ARQ - Funcionamento Normal
Transmissor Receptor
S = 0
S = 1
S = 0
R = 0
R = 1
Frame 0
Frame 1
Ack 1
Ack 0
Tempo Tempo
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Stop-and-Wait ARQ - Frame perdido
Transmissor Receptor
S = 0
S = 1
S = 1
R = 0
R = 1
Frame 0
Frame 1
Ack 1
Tempo Tempo
X
Time-out
S = 0
Frame 1
Ack 0R = 0
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 22 / 74
Stop-and-Wait ARQ - ACK perdido
Transmissor Receptor
S = 0
S = 0
S = 1
R = 0
R = 1
Frame 0
Ack 1
Tempo Tempo
XTime-out
S = 0
Frame 1
Ack 1
R = 0
Frame 0
Ack 0
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 23 / 74
Stop-and-Wait ARQ - Atraso ACK
Transmissor Receptor
S = 0
S = 0
S = 1
R = 0
R = 1
Frame 0
Ack 1
Tempo Tempo
Time-out
S = 0
Frame 1
R = 0
Frame 0
Ack 0
Ack 1
Descarta
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Stop-and-Wait ARQ - Transmissao Bidirecional
Receptor
Tempo
Transmissor
Tempo
Frame 0, ACK 0
Frame 1, ACK 1
Frame 0, ACK 1
Frame 1, ACK 0
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Go-Back-N ARQ
Para melhorar e eficiencia da comunicacao e enviado multiplos frames antesda transmissor receber um quadro de confirmacao;
No transmissor usamos o conceito de janela para manter em memoria todosos frames pendentes ate que sejam recebidos os respectivos ACKs. Umframes so deixa a janela quando receber um ACK, liberando o espaco paraoutros frames;
O transmissor dispara um relogio para cada frame enviado.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
a) Antes da confirmação
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
b) Após receber 2 ACKs
Frames confirmados Frames aguardando transmissão
Frames aguardando confirmação
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Go-Back-N ARQ
No receptor a janela e igual a 1, ou seja, o receptor esta sempre esperandoum quadro especıfico, recebido em ordem. Os frames recebidos fora deordem sao descartados;
O receptor nao precisa confirmar todos cada frame isoladamente. Ele podeser configurado para para enviar um unico ACK para confirmar todos osframes que ele receber num intervalo de tempo.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
a) Antes do recebimento do frame 5
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
b) Após o recebimento do frame 5
Frames futuros
Frame aguardando recebimento
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Go-Back-N ARQ - Funcionamento Normal
Transmissor Receptor
Frame 0
Frame 1
Ack 5
Ack 2
Frame 2
Frame 3
Tempo Tempo
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
Frame 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4 5
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Go-Back-N ARQ - Frames Perdidos
Transmissor Receptor
Frame 0
Frame 1
Ack 2
Frame 2
Frame 3
TempoTempo
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
Frame 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4 5
X
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
Os frames 3 e 4
serão descartados
Time-out
Frame 3
0 1 2 3 4
Frame 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
Frame 2
Ack 5
0 1 2 3 4
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Selective-Repeat ARQ
No Go-Back-N o receptor aguarda somente um quadro, descartandoos demais. Para melhora a eficiencia, na tecnica Selective-Repeat naoe necessario reenviar N frames quando apenas um esta danificado.Somente o quadro danificado e retransmitido;
E definida uma mensagem de confirmacao negativa (NAK - NegativeAcknowlegment) que informa ao transmissor que um determinadoquadro nao foi recebido;
O transmissor dispara um relogio para cada frame enviado.
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Selective-Repeat ARQ
A configuracao do transmissor para o mecanismo Selective-Repeat sao osmesmos mostrados no Go-Back-N. Entretanto, a janela de recepcao deverater o mesmo tamanho da janela de transmissao. Esta janela ira serutilizada para que o receptor possa receber uma faixa de numeros desequencia.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3Frames confirmados Frames aguardando transmissão
Frames aguardando confirmação
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
Frames aguardando recebimento
Frames futuros
a) janela do transmissor
b) janela do receptor
Frames confirmados
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Selective-Repeat ARQ - Funcionamento
Transmissor Receptor
Frame 0
Frame 1
NAK 2
Ack 2
Frame 2
Frame 3
Tempo Tempo
0 1 2 3
0 1 2 3
0 1 2 3
0 1 2 3
0 1 2 3
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4X
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4Frame 2
ACK 40 1 2 3 4
0 1 2 3 4 5 60 1 2 3
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Acesso Aleatorio
Quando nos de redes sao conectados de maneira a compartilhar umenlace, precisamos de um protocolo para coordenar o acesso aoenlace. Por exemplo, redes locais sem fio, comunicacao por satelite eEthernet padrao.
Em redes com enlace dedicado (sem compartilhamento) nao faz usodo controle de acesso. Por exemplo, nas redes Fast Ethernet eGigabit Ethernet.
No metodo de acesso aleatorio cada estacao tem direito ao meio, semser controlada por outra estacao. Entretanto, se mais de uma estacaotentar transmitir ao mesmo tempo ocorrera um conflito de acesso(colisao) e os quadros sao perdidos;
Sao tecnicas de acesso aleatorio:
Acesso Multiplo (ALOHA);CSMA/CD (CSMA with Collision Detection);CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance).
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ALOHA
O metodo ALOHA foi desenvolvido para comunicacoes wireless.Neste metodo uma estacao base e eleita controladora central. Toda aestacao que necessitar enviar uma informacao, devera encaminhar amensagem para a estacao base. O estacao base recebe o quadro e oretransmite para a estacao de destino.
Estação Base
A
B
C
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ALOHA
Como o meio fısico (ar) e compartilhado no instante em que umaestacao inicia uma transmissao de dados para a estacao base, outraestacao pode estar iniciando tambem uma transmissao.
O protocolo tenta resolver o problema de conflito da seguintemaneira:
Qualquer estacao pode enviar um quadro quando quiser;Transmitindo um quadro, a estacao aguarda um quadro de confirmacao(ACK). Se ele nao receber um ACK durante um certo intervalo detempo a estacao assume com perda do quadro. Ela conta um tempoaleatorio e tenta retransmitir novamente.
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 35 / 74
ALOHA
Início
Coloca o parâmetro de backoff em zero
Transmite o frame
Espera
ACK recebido?
Sucesso
Incrementabackoff
Limite backoff ?
Aborta
Espera um tempode backoff
Sim
Não
NãoSim
OBS.: O tempo de backoff e o tempo de espera para retransmitir o quadro apos uma colisao.Este tempo devera ser pequeno apos a primeira colisao, aumentando o tempo se ocorrer umasegunda colisao e assim por diante.
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 36 / 74
CSMA
O metodo CSMA foi desenvolvido para minimizar a probabilidade decolisao. A chance de colisao e reduzida se uma estacao verificar omeio antes de tentar utiliza-lo;
Neste metodo cada estacao ouve o meio (verifica o estado do meio)antes de iniciar uma transmissao. Se perceber canal ocupado, adiatransmissao.
Verifica o canal
OcupadoSim
Não
Transmite o frame
Espera
Estratégia não persistente Estratégia persistente
Verifica o canal
OcupadoSim
Não
Transmite o frame com probabilidade p
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 37 / 74
CSMA/CD
Qualquer estacao pode transmitir um frame. Entao, a estacaomonitora o meio para verificar se ocorreu colisao.
Início
Coloca o parâmetro de backoff em zero
Transmite o frame
Colisão?
Sucesso
Incrementabackoff
Limite backoff ?
Aborta
Espera um tempode backoff
Sim
Não
Não
Sim
Estratégia depersistência
Transmite osinal jam
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 38 / 74
CSMA/CD
O CSMA/CD identifica quando o canal esta disponıvel para atransmissao. Neste momento a transmissao e iniciada. O mecanismoCD (deteccao de colisao) ao mesmo tempo obriga que os nos escutema rede enquanto emitem dados. Se o mesmo detecta uma colisao,toda transmissao e interrompida e e emitido um sinal (“jam”) paraanunciar que ocorreu uma colisao. Para evitar colisoes sucessivas o noespera um perıodo aleatorio e volta a tentar transmitir.
O metodo CSMA/CD e utilizado nas redes Ethernet padrao.
O sinal jam (congestionamento) e uma mensagem para informar asoutras estacoes que ocorreu uma colisao durante a transmissao.Todas as estacoes irao descatar o frame recebido;
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 39 / 74
CSMA/CAInício
Coloca o parâmetro de backoff em zero
Transmite o frame
Sucesso
Incrementabackoff
Limite backoff ?
Aborta
Espera um tempode backoff
Sim
Não
Não
Sim
Estratégia depersistência
Espera o tempo de IFG
Aguarda duranteum tempo aleatório
Disparaum timer
ACK recebido, antes do time-out?
O CSMA/CA procurasomente evitar colisoes enao detecta-las.
Este metodo e utilizadonas wireless Lans.
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Enderecamento MAC
Cada estacao numa rede possui seu proprio adaptador de rede (NIC -Network Interface Card). Cada adaptador possui um endereco de6-bytes (48 bits). Estes enderecos que sao escritos normalmente emnotacao hexadecimal (12 dıgitos) separada por dois pontos entre osbytes. Por exemplo:
0A : 13 : 78 : B3 : FF : 02
Os tres primeiros octetos sao destinados a identificacao do fabricante,os 3 posteriores sao fornecidos pelo fabricante.
E um endereco unico, i.e., nao existem, em todo o mundo, duasplacas com o mesmo endereco.
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 41 / 74
Ethernet
A tecnologia Ethernet corresponde a um conjunto de protocolos quedefinem a camada fısica e a camada de enlace para as LANs.
A tecnologia Ethernet e dividida em:
Ethernet padrao;Fast Ethernet;Gigabit Ethernet.
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 42 / 74
Ethernet Padrao
A Ethernet padrao foi desenvolvida para funcionar a 10 Mbps. Ela eimplementado atraves de quatro subcamadas (LLC, MAC, PLS,MAU), uma interface (AUI) e um transceptor (MDI).
Camada
de enlace
Camada
física
Meio de transmissão
AUI
MDI
PLS
LLC
MAC
MAU
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 43 / 74
Ethernet Padrao
A subcamada LLC foi desenvolvida para garantir a interoperabilidadede todas as LANs, mas nao e usada com muita frequenciaatualmente. Em vez disso, a interoperabilidade e assegurada peloprotocolo da camada de rede (IP).
A subcamada MAC governa todas as operacoes do metodo de acesso(CSMA/CD). Esta subcamada recebe os frames da camada superior eos passa para a subcamada PLS para codificacao.
Subcamada PLS (Physical Layer Signaling) codifica e decodifica osdados. A Ethernet utiliza a codificacao Manchester a uma taxa de 10Mbps;
Macedo Firmino (IFRN) Redes de Computadores Setembro de 2010 44 / 74
Ethernet Padrao
A interface AUI (Attachment Unit Interface) define a interface entreas subcamadas PLS e MAU. Esta interface tem como objetivo decriar uma interface independente do meio fısico;
O MAU (Medium Attachment Unit) e um transceptor dependente domeio fısico. Um transceptor e um dispositivo que possui a capacidadede transmitir sinais no meio e receber sinais do meio. Outrafuncionalidade do transceptor e detectar a colisao;
A interface MDI (Medium-Dependent Interface) e responsavel porconectar o transceptor com o meio fısico.
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Ethernet Padrao
O frame definido pela subcamada MAC do padrao Ethernet:
Preâmbulo SFD End. End. Tamanho/ Destino Origem Protocolo
Cabeçalho Dados CRC
7 1 6 6 2 (bytes)
46-1500 4 (bytes)
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Ethernet Padrao
Cabecalho: e formado pelos campos:
Preambulo: possuem 7 bytes formados por 0s e 1s alternados(10101010) para sincronizacao dos sistema receptor;SFD: campo delimitador de ınicio de quadro o byte (10101011) sinalizao fim da sincronizacao e o ınicio das informacoes;Endereco de Destino: contem o endereco fısico da estacao que devereceber o pacote;Endereco de Origem: contem o endereco fısico da estacao que originoua transmissao;Comprimento/tipo do protocolo: define o comprimento do quadro ou otipo do protocolo encapsulado no frame;
Dados: transporta os dados encapsulados pelos protocolos da camadasuperior. Este campo possui o mınimo de 46 e o maximo de 1500bytes;
CRC: carrega informacoes sobre deteccao de erro,neste caso o CRC-32.
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Ethernet Padrao
Implementacoes da Camada Fısica:
10Base5: utiliza cabo coaxial grosso na topologia de barramento,opera a 10 Mbps e pode aceitar segmentos de ate 500 m.
10Base2: utiliza cabo coaxial fino na topologia de barramento, operaa 10 Mbps, utiliza conectores BNC. Este padrao consegue alcances de185 metros, podendo estar ligadas apenas 30 maquinas por segmento.
10BaseT: utiliza cabo par trancado na topologia estrela. As estacoessao conectadas a um hub. Este padrao opera a 10 Mbps, tem umalcance de 100 m e pode conectar ate 1.024 estacoes num segmento.
10BaseFL: utiliza fibra optica na topologia em estrela. Este padraoopera a 10 Mbps, tem um alcance de 2 km e pode conenctar ate1.024 estacoes.
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Fast Ethernet
O protocolo Fast Ethernet foi desenvolvida para operar a 100 Mbps,mantendo a compatibilidade com o Ethernet padrao.
Permite dois modos de operacao: half-duplex e full-duplex.
Ela e implementada atraves de quatro subcamadas (LLC, MAC, RS ePHY) e duas interfaces (MII e MDI).
Camada
de enlace
Camada
física
Meio de transmissão
MII
MDI
RS
LLC
MAC
PHY
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Fast Ethernet
A subcamada MAC do Fast Ethernet e a mesma da Ethernet padrao,porem o CSMA/CD so e utilizada quando for utilizado o modohalf-duplex.
Uma nova caracterıstica agregada ao Fast Ethernet foi aautonegociacao. A autonegociacao tem os seguintes propositos:
A necessidade de manter a compatibilidade com as LANs Ethernetexistentes;Possibilitar varias velocidades de transmissao a um dispositivo (10Mbps e 100 Mbps).
Quando ambos os lados de um enlace possuem suporte aautonegociacao, eles escolhem a combinacao de parametros que daramelhor desempenho. Isto e, a maior velocidade possıvel e escolhida(10 Mbps, 100 Mbps ou 1000 Mbps) e o modo full-duplex eescolhido, caso seja suportado por ambos os lados.
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Fast Ethernet
A subcamada RS (reconciliacao) tem a funcao de obter os dados dasubcamada MAC e repassar para a subcamada PHY;
A interface MII define a interface entre as subcamadas RS e PHY.Esta interface tem como objetivo de criar uma interface independentedo meio (cabo coaxial, par trancado, etc.), operar tanto em 10quanto em 100 Mbps e proporcionar uma conexao paralela (4-bits)entre as subcamadas RS e PHY;
A subcamada PHY e o transceptor dependente do meio fısico. Alemde transmitir e receber sinais o transceptor PHY e responsavel pelacodificacao e decodificacao;
A interface MDI e responsavel por conectar o transceptor com o meiofısico.
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Fast Ethernet
Implementacao da camada fısica:
100BaseTX: usa dois pares do cabo par trancado (cabos UTP ouSTP, no mınimo, categoria 5e) na topologia estrela. Transmite dadosa uma taxa de 100 Mbps, full-duplex e possui alcance de 100 m;
100BaseFX: utiliza dois filamentos de fibra multimodo, full-duplex, natopologia estrela. Transmitindo dados a uma taxa de 100 Mbps a umalcance de ate 2 km;
100BaseT4: utiliza quatro pares trancados (cabos UTP ou STP, nomınimo, categoria 3) para transmitir a 100 Mbps a alcances de ate100 m.
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Gigabit Ethernet
O protocolo Gigabit Ethernet foi desenvolvida para operar a 1000Mbps, mantendo a compatibilidade com os outros padroes Ethernetexistentes.
Ela e implementada atraves de cinco subcamadas (LLC, MAC, RS ePHY) e duas interface (GMII e MDI).
Camada
de enlace
Camada
física
Meio de transmissão
MDI
RS
LLC
MAC
PHY
GMII
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Gigabit Ethernet
Subcamada MAC tem duas opcoes para o metodo de acesso: modohalf-duplex com CSMA/CD ou modo full-duplex sem CSMA/CD;
A subcamada de reconciliacao (RS) transmite, paralelamente, 8-bitspara a camada PHY via interface GMII;
A Interface GMII e uma especificacao que define como a subcamadaRS e conectada a subcamada PHY;
A Subcamada PHY (transceptor) e dependente do meio fısico etambem faz a codificacao e decodificacao;
A Interface MDI conecta o transceptor ao meio fısico.
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Gigabit Ethernet
Implementacoes da camada fısica:
1000BaseSX: utiliza dois pares de fibra optica multimodo, comdistancias de ate 550 m, a taxa de 1000 Mbps;
1000BaseLX: utiliza dois pares de fibra optica multimodo oumonomodo, com distancias de ate 5 km, a taxa de 1000 Mbps;
1000BaseCX: utiliza dois pares de par trancado STP, com distanciasde ate 25 m, a taxa de 1000 Mbps;
1000BaseT: utiliza quatro pares de par trancado UTP, no mınimocategoria 5e, com distancias de ate 100 m, a taxa de 1000 Mbps.
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Equipamentos de Rede
Para que uma rede de computadores possa funcionar e necessario queexistam, alem do cabeamento propriamente dito, dispositivos dehardware e software cuja funcao e controlar a comunicacao entre osdiversos componentes da rede.
Tais dispositivos funcionam em diferentes camadas da arquiteturaInternet (TCP/IP).
Agora iremos estudar os ativos de rede da camada fısica e de enlacede dados.
Rede (roteador e switch de camada 3)
Enlace (switch)
Física (hub e repetidor)
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Repetidores
Os repetidores sao dispositivos de hardware utilizados para a conexaode dois ou mais segmentos de uma rede local. Eles recebem eamplificam o sinal proveniente de um segmento de rede, regenera-opara manter a integridade da informacao e repetem esse mesmo sinalno outro segmento.Repetidores sao geralmente utilizados para estender o comprimentofısico de uma LAN.A limitacao do numero de repetidores e obtida de acordo com oprotocolo utilizado (por exemplo, no protocolo Ethernet o numeromaximo e de quatro).
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Hub
Hub e um repetor de multiplas portas. Geralmente, utilizado paraestabelecer a conexao fısica entre estacoes formando uma topologiaestrela;
Quando o hub recebe um frame numa das portas, ele regenera oframe e o replica as demais portas. Se dois quadros chegarem aomesmo tempo, eles colidirao, pois estao no mesmo domınio de colisao.
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Hub
O hub ja esta obsoleto.
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Switch
Os switches, tambem chamado de bridges, alem de regenerar o sinalrecebido na entrada, verificam o endereco fısico (MAC) da origem edo destino contido no frame;Baseado no endereco de destino e em tabelas, os switches tomamdecisoes de encaminhamento dos frames. A informacao eencaminhada para a porta ao qual esta conectado o equipamento como respectivo endereco de destino, evitando inundar as outras portascom frames que nao sao destinada a elas.
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Switch
1
2
3
00:A3:56:12:09:FF 0A:12:52:9C:26:E2
A6:18:93:0D:F2:16
00:A3:56:12:09:FF 0A:12:52:9C:26:E2
00:A3:56:12:09:FF 0A:12:52:9C:26:E2
End. Porta
00:A3:56:12:09:FF 1
0A:12:52:9C:26:E2 2
A6:18:93:0D:F2:16 3
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Switch
A tabela de encaminhamento deve ser aprendida e atualizadaautomaticamente a partir da movimentacao de frames atraves dela. Paratanto, o switch inspeciona tanto o endereco de destino quanto o endereco deorigem. O endereco de destino e utilizado na tomada de decisao deencaminhamento, enquanto o endereco de origem e utilizado para adicionarentradas, ou atualiza-las, na tabela de encaminhamento.
1 3
A B C
2
End. Porta
Tabela inicial
End. Porta A 1
Após uma transmissãode A para C
End. Porta A 1 C 3
Após umatransmissãode C para A
End. Porta A 1 C 3 B 2
Após umatransmissãode B para A
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VLAN - LANs Virtuais
VLAN e um agrupamento logico de equipamentos que permite dividir umaLAN em varias LANs virtuais ou ainda juntar varias LANs em uma unicaVLAN. Uma VLAN e uma LAN configurada via software, nao atraves de fios;
Os switches precisam suportar VLANs.
1 3
E F
2
B C
D
A
Administrativo Financeiro
Administrativo Administrativo
Financeiro
Financeiro
4
5
6
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VLAN - LANs Virtuais
Cada VLAN pode formar um grupo de trabalho dentro de umaempresa.
As VLANs agrupam estacoes pertencentes a uma ou mais LAN fısicapara formar domınios de broadcast. Para uma estacao recebermensagens de uma VLAN ela devera se tornar membro dessa VLAN;
1 3
2
B CA
Administrativo AdministrativoFinanceiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
1 3
2
4 4
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VLAN - LANs Virtuais
Criacao de agrupamentos logicos por numero das portas:
Alguns switches permitem estabelecer os numeros das portas comoparametro de agrupamento. Por exemplo, as portas 1, 4 e 5 pode seradicionada a VLAN 5 (setor administrativo) e as portas 2, 3 e 6pertencentes a VLAN 4 (setor financeiro).
1 3
E F
2
B C
D
A
Administrativo Financeiro
Administrativo Administrativo
Financeiro
Financeiro
4
5
6
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VLAN
Criacao de agrupamentos logicos por enderecos MAC:
Alguns switches permitem estabelecer os enderecos fısicos (enderecoMAC) como parametro de agrupamento. Por exemplo, os MACs00:24:C2:19:15:A3 e 00:00:E7:15:04:10 pertencentes a VLAN 2 (setorde marketing), enquanto o MAC 00:F1:67:09:54:F3 pertence a VLAN1 (setor de recursos humanos).
1 3
2
E FD
Recursos Humanos Marketing Marketing
00:F1:67:09:54:F3 00:24:C2:19:15:A3 00:00:E7:15:04:10
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VLAN
Criacao de agrupamentos logicos por enderecos IP:
Alguns switches usam os enderecos IP como parametro deagrupamento logico. Por exemplo, os IPs 14.97.120.57 e 120.75.124.9pertencentes a VLAN 2 (setor de marketing), enquanto o IP12.211.96.9 pertence a VLAN 1 (setor de recursos humanos).
1 3
2
E FD
Recursos Humanos Marketing Marketing
12��11����� ������12���� 12����������
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VLAN
Configuracao:
Manual: o administrador de rede configura manualmente as estacoespara a VLAN especificada no projeto logico da rede. Qualquermigracao posterior de uma VLAN para outra e feita manualmente;
Automatica: as estacoes sao conectadas ou desconectadasautomaticamente de uma VLAN usando algum criterio(identificadores) preestabelecido pelo administrador de rede.
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VLAN
Os identificadores, da configuracao automatica, baseia-se na adicaode informacao ao cabecalho dos frames numa rede (padrao 802.1Q).
Preâmbulo SFD End. End. Tamanho/ Destino Origem Protocolo
Cabeçalho Dados CRC
(bytes) 7 1 6 6
46-1500 4 (bytes)
Protocolo Pri CFI VID Tamanho
16 3 1 12 16 (bits)
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VLAN
Novos campos:
Protocolo: usado para que as placas ethernet identifiquem autilizacao do protocolo VLAN neste frame. Seu valor e 8100;
Prioridade: torna possıvel destinguir o trafego de tempo real(informacoes urgentes) de trafegos sem restricoes temporais. Estecampo permite fornecer melhor qualidade de servico em redesEthernet;
CFI: indica que a carga util contem um quadro 802.5 (Token-Ring);
VID: identificador de VLAN.
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VLAN - Funcionamento
Se as placas de rede e os switches suportarem VLAN:
1 3
2
B CA
Administrativo AdministrativoFinanceiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
1 3
2
4 4
D|B|VID_5
D|B|VID_5
D|B|VID_5
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VLAN - Funcionamento
Se somente os switches suportarem VLAN:
1 3
2
B CA
Administrativo AdministrativoFinanceiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
E FD
Administrativo Financeiro Financeiro
1 3
2
4 4D|B|VID_5
D|B
D|B
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Questoes
1. Quais sao as principais funcoes da camada de enlace?
2. Quais sao os mecanismos de deteccao de erro maisutilizados? Como eles funcionam?
3. Quais sao os principais mecanismos de controle de erro efluxo da camada de enlace? Como eles funcionam? Qual adiferenca entre eles?
4. Por que sao necessarios os protocolos de controle de acessoao meio? Quais as principais tecnicas do controle de acessoaleatorio?
5. Qual a diferenca entre o CSMA/CD e o CSMA/CA?
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Questoes
6. Como e o formato do enderecamento da camada de enlace?
7. Explique as funcoes dos campos do quadro Ethernet? Quaissao as alternativas para a camada fısica do Ethernet padrao,Fast Ethernet e Gigabit Ethernet?
8. Qual a funcao da autonegociacao do Ethernet?
9. Como e o funcionamento de um repetidor, Hub e Switch?Quais as principais diferencas entre estes equipamentos?
10. O que e uma VLAN? Qual as sua funcionalidade?
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