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Capiacutetulo5
Redes de computadores e a Internet
A camada de enlace e redes locais
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo
que conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com f iobull Enlaces sem f iobull LANs
bull Pacote de camada- 2 eacute um quadro encapsula o datagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
Exemplo comparando com camada de rede
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bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacutelt imo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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bull Enquadramento
bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e t railer
bull Acesso ao enlace
Um uacutenico remetente e um dest inataacuterio (ponto- a- ponto)bull Pode- se enviar sempre que enlace ocioso
Caso mais interessante - gt enlance compart ilhadobull Conhecido como enlance de broadcast
Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos f isicamente conectados
bull camada de enlance pode garant ir que um datagrama seja transportado sem erros - gt semelhante ao serviccedilo oferecido pela camada de transporte
bull Usado para enlaces com altas taxas de erros - gt wireless
bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (f ibra alguns t ipos de par de f ios tranccedilados de cobre)
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 2copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 3copy 2005 by Pearson Education
Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo
que conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com f iobull Enlaces sem f iobull LANs
bull Pacote de camada- 2 eacute um quadro encapsula o datagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
Exemplo comparando com camada de rede
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bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacutelt imo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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5 - 5copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento
bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e t railer
bull Acesso ao enlace
Um uacutenico remetente e um dest inataacuterio (ponto- a- ponto)bull Pode- se enviar sempre que enlace ocioso
Caso mais interessante - gt enlance compart ilhadobull Conhecido como enlance de broadcast
Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos f isicamente conectados
bull camada de enlance pode garant ir que um datagrama seja transportado sem erros - gt semelhante ao serviccedilo oferecido pela camada de transporte
bull Usado para enlaces com altas taxas de erros - gt wireless
bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (f ibra alguns t ipos de par de f ios tranccedilados de cobre)
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Algumas terminologiasbull Hospedeiros e roteadores
satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo
que conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com f iobull Enlaces sem f iobull LANs
bull Pacote de camada- 2 eacute um quadro encapsula o datagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
Exemplo comparando com camada de rede
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bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacutelt imo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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bull Enquadramento
bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e t railer
bull Acesso ao enlace
Um uacutenico remetente e um dest inataacuterio (ponto- a- ponto)bull Pode- se enviar sempre que enlace ocioso
Caso mais interessante - gt enlance compart ilhadobull Conhecido como enlance de broadcast
Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos f isicamente conectados
bull camada de enlance pode garant ir que um datagrama seja transportado sem erros - gt semelhante ao serviccedilo oferecido pela camada de transporte
bull Usado para enlaces com altas taxas de erros - gt wireless
bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (f ibra alguns t ipos de par de f ios tranccedilados de cobre)
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacutelt imo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFKbull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
A camada de enlace contexto
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bull Enquadramento
bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e t railer
bull Acesso ao enlace
Um uacutenico remetente e um dest inataacuterio (ponto- a- ponto)bull Pode- se enviar sempre que enlace ocioso
Caso mais interessante - gt enlance compart ilhadobull Conhecido como enlance de broadcast
Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos f isicamente conectados
bull camada de enlance pode garant ir que um datagrama seja transportado sem erros - gt semelhante ao serviccedilo oferecido pela camada de transporte
bull Usado para enlaces com altas taxas de erros - gt wireless
bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (f ibra alguns t ipos de par de f ios tranccedilados de cobre)
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Enquadramento
bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e t railer
bull Acesso ao enlace
Um uacutenico remetente e um dest inataacuterio (ponto- a- ponto)bull Pode- se enviar sempre que enlace ocioso
Caso mais interessante - gt enlance compart ilhadobull Conhecido como enlance de broadcast
Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos f isicamente conectados
bull camada de enlance pode garant ir que um datagrama seja transportado sem erros - gt semelhante ao serviccedilo oferecido pela camada de transporte
bull Usado para enlaces com altas taxas de erros - gt wireless
bull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (f ibra alguns t ipos de par de f ios tranccedilados de cobre)
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 6copy 2005 by Pearson Education
bull Controle de f luxo
bull Os adaptadores tem capacidade limitada para armazenar quadros
- Buffer do receptor pode transbordar
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos
bull Quem envia pacote deve adicionar bits para a detecccedilatildeo
bull Serviccedilo geralmente implementado em hardware
bull O receptor detecta a presenccedila de erros
bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros
bull O receptor ident if ica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half- duplex e full- duplex bull Com half- duplex os noacutes em ambas as ex tremidades do enlace podem transmit ir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 7copy 2005 by Pearson Education
bull Camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verif icaccedilatildeo de erro pode ex ist ir um mecanismo de
entrega confiaacutevel (num seqs temporizadores acks) controle de f luxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros entrega confiaacutevel controle de f luxo etcbull Ex trai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador toma decisatildeo se uma quadro estaacute OK e encaminha para remetente - gt camada de rede
Comunicaccedilatildeo de adaptadores
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5 - 8copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 9copy 2005 by Pearson Education
EDC (Error detect ion- and- correct ion bits) = Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verif icaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro bull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo
de erros
Detecccedilatildeo de erros
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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
ex uso de paridade par
bull Receptor apenas conta quantos 1s haacute no D + EDCbull Se houver um nuacutemero iacutempar de 1s - gt ao menos 1 erro de bit ocorreubull E se ocorrer um nuacutemero par de erros de bits
bull Erro natildeo eacute detectado
Satildeo necessaacuterias teacutecnicas mais robustas
Verif icaccedilatildeo de paridade
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5 - 11copy 2005 by Pearson Education
Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Verif icaccedilatildeo de paridade - evoluccedilatildeobull Pode-se detectar um erro que ocorreu em uma linha x col e corrigiacute-lobull A capacidade do receptor de detectar e corrigir erros eacute conhecida como FEC (Forward error correction)
bull Usada em redes de compsbull Usada em CDs de aacuteudio e dados
D = 101011111001110
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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmit ido (nota usado apenas na camada de transporte)
Transmissorbull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros (Exemplo de 16 bits)bull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmento bull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum (Exemplo do UDP)
Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verif ica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksum
bull NAtildeO - erro detectadobull SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso
Checksum da Internet
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 13copy 2005 by Pearson Education
bullCRC (Cyclic redundancy check)
bullEncara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio
bull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G
bull Faz caacutelculos usando gerador para encontrar R
bull Objet ivo escolhe r CRC bits R tal quebull lt DRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) bull Receptor conhece G divide lt DRgt por G Se o resto eacute diferente
de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com
comprimento de ateacute r bits
bull Largamente usado na praacutet ica (ex ATM)
Verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica
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5 - 14copy 2005 by Pearson Education
Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Faz- se um XOR bit a bit
Exemplo de CRC
R = 011r = 3 bits
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Exemplo de CRC
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 000 1001 0010 1011 1001 0010 10 00 10 01 00 01 010
Gerad ora d ad os b it s1001 101111 010 1001 0010 1011 1001 0010 10 01 10 01 00 00 000
Rem eten te Dest inataacuterio
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Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
Exemplo de CRC
Padrotildees internacionais para geradores de 8 12 16 e 32 bits
Exemplo usado por protocolos definidos pela IEEE CRC 32 bits
bull 100000100110000010001110110110111 Tem 33 bits -gt assim gera um r = 32 bits
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 17copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de acesso muacutelt iplo
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 18copy 2005 by Pearson Education
Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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5 - 19copy 2005 by Pearson Education
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 20copy 2005 by Pearson Education
ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Trecircs t ipos de enlaces
bull Ponto- a- ponto
bull um remetente e um dest inataacuterio
bull f io uacutenico ex PPP
bull Broadcast
bull f io ou meio compart ilhado
bull quando um quadro eacute transmit idos todos recebem
bull Ethernet tradicional
bull 80211 LAN sem fio
Vamos examinar a importacircncia da camada de enlace
Enlaces de acesso muacutelt iplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compart ilhado
bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de acesso muacuteltiplobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compart ilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmit ir
Exemplo Conversa entre pessoas em uma sala
meio de broadcast - gt AR
sem criteacuterio - gt altas taxas de colisatildeo
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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ALGUNS CRITEacuteRIOSExemplo de regras para compartilhar canal broadcast entre humanos
1) Decirc a oportunidade do outro falar2) Natildeo monopolize a conversa3) Levante a matildeo se tiver perguntas4) Natildeo interrompa os outros5) Natildeo durma quando algueacutem fala com vocecirc
Protocolos de acesso muacutelt iplo
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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 21copy 2005 by Pearson Education
Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmit ir ele pode enviar a uma taxa R
Pode usar taxa maacutexima do canal
2 Quando M noacutes querem transmit ir cada um envia a uma taxa meacutedia R M
3 Totalmente descentralizadabull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compart imentos
4 Simples para implementaccedilatildeo ser barata
Protocolo ideal de acesso muacutelt iplo
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Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 22copy 2005 by Pearson Education
Trecircs grandes classes
bull Part icionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compart imentos de tempo frequumlecircncia)
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuterio
bull Canal natildeo dividido - gt pode haver colisotildees
bull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeo
bull Noacutes transmitem nos seus turnos
bull Maior volume de dados - gt podem usar turnos mais longos
Protocolos de acesso ao meio
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
TDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de tempo
bull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos
bull Cada estaccedilatildeo controla um compart imento (ldquoslotrdquo) de tamanho f ixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno
bull Compart imentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compart imentos 2 5 6 f icam vazios
Protocolos com part icionamento de canal TDM
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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5 - 29copy 2005 by Pearson Education
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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5 - 30copy 2005 by Pearson Education
bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 24copy 2005 by Pearson Education
FDM mult iplexaccedilatildeo por divisatildeo de frequumlecircncia
bull O espectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia
bull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia
bull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado
bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequumlecircncia 2 5 6 f icam vazias
ba
nd
as
de
fre
quuml
ecircn
cia
tempo
Protocolos com part icionamento de canal FDM
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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5 - 26copy 2005 by Pearson Education
bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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5 - 27copy 2005 by Pearson Education
Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 25copy 2005 by Pearson Education
TDM e FDM Vaacuterias estaccedilotildees
bull Um a estaccedilatildeo quer t ransm it ir -gt Natildeo usa capacidade m aacutexim a do enlace -gt R bits por segundo
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmit indo - gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo de acesso aleatoacuterio especif ica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas)
bull Exemplos de protocolos de acesso aleatoacuteriobull slot ted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMA CD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Suposiccedilotildeesbull Todos os quadros sempre devem ter o mesmo tamanho
bull Todas estaccedilotildees devem estar sincronizadas
bull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmit ir 1 quadro
bull Noacutes comeccedilam a transmit ir quadros apenas no iniacutecio dos slots
bull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacutex imo
slot
bull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacutex imo slot
bull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com prob p ateacute o successo
bull gera um valor aleatoacuterio para optar ou natildeo pelo proacutex imo slot
Slotted ALOHA
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Proacutesbull Um uacutenico noacute at ivo pode transmit ir cont inuamente com a taxa completa
de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser
sincronizadosbull Simples
Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Podem haver slots ociosos - gt f igura abaixobull Baixa ef iciecircnciabull Sincronizaccedilatildeo de clock
Slotted ALOHA
LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem- sucedido
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem- sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar
bull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p
bull Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1- p)N- 1
bull Como haacute N noacutes a probabilidade de todos obterem sucesso eacute de Np(1- p)N- 1
bull Deve- se encontrar um p que maximize essa expressatildeo Np(1- p)N- 1
bull Para muitos noacutes o limite de Np(1- p)N- 1 com N indo ao infinito resulta 1 e = 037
No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Eficiecircncia do slotted Aloha
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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5 - 31copy 2005 by Pearson Education
P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo
bull Pacote necessita transmissatildeo bull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compart imento
bull A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0- 1 t0+ 1]
bull Transmissatildeo t0- 1 t0 - gt uma transmissatildeo anterior sobrepotildee
bull Transmissatildeo t0 t0 + 1 - gt uma proacutex ima transmissatildeo sobrepotildee
Aloha puro (unslotted)
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmit ir)
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0- 1t0]
P(nenhum outro noacute transmit ir em [t0t+ 1]
= p (1- p)N- 1 (1- p)N- 1
= p (1- p)2(N- 1)
hellip escolhendo p oacutet imo e entatildeo deixando n - gt inf inito
= 1 (2e) = 0 18 18 de utilizaccedilatildeo
Ainda pior
Eficiecircncia do Aloha puro
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CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
CSMA acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora
bull Escuta antes de transmit ir
bull Se o canal parece vazio t ransmite o pacote
bull Se o canal estaacute ocupado adia a t ransmissatildeo
bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Mult iple Access
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo Diagrama Espaccedilo Tempo
Colisotildees no CSMA
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD acesso muacutelt iplo com detecccedilatildeo de portadora e com detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto
bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal
bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmit idos e recebidos
Difiacutecil em LANs sem f io receptor desligado enquanto transmit indo
CSMA CD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 35copy 2005 by Pearson Education
CSMA CD detecccedilatildeo de colisatildeo
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 36copy 2005 by Pearson Education
Protocolos com part icionamento de canaisbull Compart ilham o canal ef icientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1 N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute at ivo
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Ef iciente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 37copy 2005 by Pearson Education
Polling bull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmit irem um de cada vezbull Problemas
bull Tempo para mestre escolher um escravo bull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Ponto uacutenico de falha (token)
Ex Token ring da IBM
Protocolos com passagem de permissatildeo
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
Camada de enlace ateacute agora
bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo acesso muacutelt iplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)
bull Endereccedilamento
bull Ethernet
bull hubs pontes switches
bull PPP
Tecnologias de LAN
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 39copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
Endereccedilos IP de 32- bit
bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de dest ino (lembre- se da definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC - media access control - ou fiacutesico)
bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra f isicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)
bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria f ixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 41copy 2005 by Pearson Education
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE
bull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a unicidade)
bull Analogia
(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG
(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquof latrdquo = gt portabilidade
bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo = gt NAtildeO portaacutevel
bull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 42copy 2005 by Pearson Education
bull Comunicaccedilatildeo entre interfaces de rede
bull Deve- se preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino
bull Meio compart ilhado - gt Interfaces recebem e comparam com seu proacuteprio endereccedilo
bull se igual receba
bull Se um computador que conversar com todos os demais
bull Preencher endereccedilo fiacutesico de dest ino com FFFFFFFFFFFF
bull Exemplo (ping broadcast)
bull ping - b 10255255255
bull Em resumo Para comunicar deve- se conhecer o endereccedilo fiacutesico de destino
Endereccedilos de LAN (mais)
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5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 43copy 2005 by Pearson Education
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B
bull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP
bull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IP MAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos
seraacute esquecido (t ipicamente 20 min)
ARP Address Resolut ion Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
5
5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 44copy 2005 by Pearson Education
bull A quer enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARP contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de dest ino = FF- FF- FF- FF- FF- FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne ant iga (expirada) - informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug- and- playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 45copy 2005 by Pearson Education
objet ivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)
Roteamento para outra LAN
5
5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
5
5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
5
5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
bull A cria o pacote IP com origem A dest ino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como dest ino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet bull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verif ica que ele se dest ina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
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5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Objet ivo obter configuraccedilatildeo de rede at raveacutes de um servidor
Mas com o se natildeo estou na rede Descoberta do servidor
bull Cliente envia um pacote UDP para a porta 67 bull Encapsula em IP com dest ino 255255255255 e
origem 0000bull Encapsula em Quadro de cam ada de enlace com
endereccedilo fiacutesico de dest ino FFFFFFFFFFFF e o seu com o origem
bull Cliente coloca um ID de t ransaccedilatildeo na m ensagem
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 48copy 2005 by Pearson Education
DHCP (Dynam ic Host Configurat ion Protocol)
Descoberta do servidor Oferta de servidor DHCP
bull Servidor responde com um pacote UDP com o ID da t ransaccedilatildeo
bull Endereccedilo IP proposto para o clientebull Maacutescara de sub-redebull Tempo de aluguel (leasing t ime)
Requisiccedilatildeo DHCPbull Cliente pode ter recebido ofertas de vaacuterios servidoresbull Escolhe uma e ecoa todos os paracircmetros para o
servidor Servidor envia uma mensagem de confirmaccedilatildeo final (OK
para os paracircmetros)
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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 49copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
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5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 50copy 2005 by Pearson Education
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo
bull Barato - gt aprox imadamente R$20 por 100Mbps
bull Primeira tecnologia de LAN largamente usada
bull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM
bull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf(fundador 3com)
Ethernet
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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
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5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
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Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 51copy 2005 by Pearson Education
bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90 - gt antes disso ldquovaralrdquo
bull Agora a topologia em estrela prevalece
bull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela
5
5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 52copy 2005 by Pearson Education
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar receptor com o transmissor
Estrutura do quadro Ethernet
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5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
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5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
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5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 53copy 2005 by Pearson Education
bull Endereccedilos 6 bytes
bull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de dest ino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verif icado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 54copy 2005 by Pearson Education
bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor
bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor
bull O f luxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas - gt quadros podem ser perdidos
bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo est iver usando TCP
bull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo conf iaacutevel sem conexatildeo
5
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bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
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5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 55copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute sincronizaccedilatildeo global entre adaptadores (interfaces de rede)
bull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmit indo isto eacute carrier sense
bull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador transmit indo isto eacute collision detect ion
bull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Ethernet usa CSMA CD
5
5 - 56copy 2005 by Pearson Education
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
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Resumo sobre PPP
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmit ir o quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele f icar livre e entatildeo transmite
3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida
4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um sinal de reforccedilo de 48 bits
5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a n- eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2n - 1 O adaptador espera K 512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMA CD da Ethernet
5
5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
5
5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 57copy 2005 by Pearson Education
Sinal de reforccedilo (Jam signal) garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit t ime 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K= 1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentat ivas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bit
bull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3 - gt entre 0 e 22 - 1hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMA CD
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
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5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 58copy 2005 by Pearson Education
bull Taxa de 10 100 Mbps
bull 100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo
bull T signif ica ldquoTwisted Pairrdquo (par de f ios tranccedilados de cobre)
bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima entre os noacutes e o hub portanto 200m eacute a distacircncia maacutex ima entre dois noacutes
10BaseT e 100BaseT
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 59copy 2005 by Pearson Education
Hubs satildeo essencialmente repet idores de camada fiacutesica
bull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces
bull Com a mesma taxa
bull Natildeo armazenam quadrosbull Natildeo haacute CSMA CD no hub adaptadores detectam colisotildees
bull Alguns hubs podem prover funcionalidades para aux iliar no gerenciamento de rede
- taxa de colisatildeo
- taxa maacutex ima miacutenima e meacutedia de transmissatildeo
- etc
Hubs
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 60copy 2005 by Pearson Education
bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo
- gt compatiacutevel com 10BaseT e 100BaseT
bull No modo compart ilhado o CSMA CD eacute usado
- gt ex ige pequenas distacircncias entre os noacutes para ser ef iciente
bull 1 Gbps
bull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 61copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 62copy 2005 by Pearson Education
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes
bull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam- se um uacutenico e grande domiacutenio de colisatildeo
bull Natildeo pode interconectar tecnologias dist intas 10BaseT e 100BaseT
- o que pode acontecer eacute que interfaces suportem tecnologias dist intas
bull Problema da tranmissatildeo - gt domiacutenio de colisatildeo
Interconexatildeo com hubs
5
5 - 63copy 2005 by Pearson Education
bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
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5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
5
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bull Disposit ivo de camada de enlace
bull Armazena e encaminha quadros Ethernet
bull Examina o cabeccedilalho do quadro e selet ivamente encaminha o quadro baseado no endereccedilo MAC de destino
bull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMA CD para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches
bull Plug- and- play self- learning (auto- aprendizado)bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
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bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 64copy 2005 by Pearson Education
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro bull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 65copy 2005 by Pearson Education
bull Um switch tem uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface do switch marca de tempo)
bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL aprox de 60 min) bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas
interfaces
bull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega
bull Registra o par transmissor localizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto- aprendizado)
5
5 - 66copy 2005 by Pearson Education
Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
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Resumo sobre PPP
5
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Quando um switch recebe um quadro
indexa a tabela do switch usando end MAC de dest ino
if (entrada for encontrada para o dest ino) encaminha o quadro na interface indicada
else f loodEncaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou
Filt ragem encaminhamento
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
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Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
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Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 67copy 2005 by Pearson Education
Suponha que C envia um quadro para D
bull Switch recebe o quadro de Cbull Anota na tabela que C estaacute na interface 1bull Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as
interfaces 2 e 3
bull Quadro recebido por D
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEG
1123
12 3
Switch exemplo
5
5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
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5 - 68copy 2005 by Pearson Education
Suponha que D responde com um quadro para C
bull Switch recebe quadro de Dbull Anota na tabela que D estaacute na interface 2bull Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a
interface 1
bull Quadro recebido por C
hub hub hub
switch
A
B CD
EF
G H
I
endereccedilo interface
ABEGC
11231
Switch exemplo
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5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 69copy 2005 by Pearson Education
bull A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub- redes em segmentos de LAN- O que eacute LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)
e WAN (Wide Area Network)bull Switch f ilt ra pacotes
bull Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN
bull Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeobull Se switch recebe pacote de A para B (mesma rede) natildeo reencaminha
isso apoacutes aprender sua tabela
hub hub hub
switch
domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeodomiacutenio de colisatildeo
Switch isolamento de traacutefego
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 70copy 2005 by Pearson Education
bull Switch com muitas interfaces
bull Hospedeiros tecircm conexatildeo direta ao switch
bull Sem colisotildees full duplex
- Caso praacutet ico e buffer do switch
Switching A- para- Arsquo e B- para- Brsquo simultaneamente sem colisotildees
Switches acesso dedicado
5
5 - 71copy 2005 by Pearson Education
bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
5
5 - 72copy 2005 by Pearson Education
Redes corporat ivas
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
5
5 - 74copy 2005 by Pearson Education
simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
5
5 - 75copy 2005 by Pearson Education
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Cut- through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo
bull Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia
bull Uso quando natildeo haacute f ila na porta de saiacuteda
bull Combinaccedilotildees de interfaces dist intas - gt 10 100 1000 Mbps compart ilhadas dedicadas
Mais sobre switches
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Redes corporat ivas
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5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Redes corporat ivas
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bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
5 - 73copy 2005 by Pearson Education
bull Ambos satildeo disposit ivos store- and- forwardbull Roteadores disposit ivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos
da camada de rede)bull Switches satildeo disposit ivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull switches natildeo escolhem melhor caminho entre origem e dest ino - gt o que eacute feito por roteadores
bull Imagine deixar switches ldquoaprenderem rotasrdquo em redes de grande porte - gt f looding
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam f ilt ragem algoritmos de aprendizagem (plug- and- play - gt mais simples)
Switches vs roteadores
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simnatildeosimcut
through
natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
simnatildeosimplug amp play
simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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natildeosimnatildeoroteamento
oacutetimo
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simsimnatildeoisolamento de
traacutefego
switchesroteadoreshubs
Resumo comparaccedilatildeo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
5
5 - 81copy 2005 by Pearson Education
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
5
5 - 82copy 2005 by Pearson Education
byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
5
5 - 83copy 2005 by Pearson Education
Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
5 - 84copy 2005 by Pearson Education
Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
5 - 85copy 2005 by Pearson Education
Resumo sobre PPP
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacutelt iplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
5
5 - 76copy 2005 by Pearson Education
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
5
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast
bull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dial- up link linha ISDN (Integrated service digital network)
bull Protocolos ponto- a- ponto DLC (Data link control) populares
bull PPP (point- to- point protocol)
bull HDLC High level data link control
- Como havia muitas camadas ant igamente a camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos
Controle de enlace de dados ponto- a- ponto
5
5 - 77copy 2005 by Pearson Education
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
5
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Resumo sobre PPP
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace
bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo
bull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados
bull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)
bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a camada de rede - gt caso um dos lados tenha problema
bull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar endereccedilos de rede para comunicaccedilatildeo
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
5
5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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5 - 78copy 2005 by Pearson Education
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros
bull Natildeo haacute controle de f luxo
bull Aceita entregas fora de ordem
bull Voltado somente para enlaces ponto- a- ponto
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos deixados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos
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5 - 79copy 2005 by Pearson Education
bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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5 - 80copy 2005 by Pearson Education
bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Flag delimitador (enquadramento)
bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)
bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacutelt iplos campos de controle
bull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro deve ser entregue (ex PPPLCP - PPP Link Control Protocol - IP IPCP - IP Control Protocol - etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull info dados da camada superior sendo transportados
bull CRC verif icaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
5
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt 01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt 01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte ex tra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de f lag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor
bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e cont inua a recepccedilatildeo de dados
bull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um f lag
Byte stuff ing
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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byte com o padratildeodo f lag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmit idos seguido por um byte com padratildeo de f lag
Byte stuff ing
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
IPCP ndash Protocolo de Controle IP
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Resumo sobre PPP
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Antes de comeccedilar comunicaccedilatildeo os lados devem configurar o enlace PPP
- As ex tremidades trocam suas opccedilotildees de configuraccedilatildeo
- Usa um quadro PPP encapsulando o LCP (configure- request)
- Outro lado responde- aceita configuraccedilotildees- natildeo aceita- diz que configuraccedilotildees podem ter erros ou satildeo inaceitaacuteveis
- As opccedilotildees incluem
- tamanho do quadro de camada de enlace
- protocolo de autent icaccedilatildeo que seraacute ut ilizado
- definir se os campos de endereccedilo e controle dos quadros seratildeo omit idos
PPP DLCP ndash protocolo de controle de dados do PPP
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
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Apoacutes PPP DLCP
- Se IP for ut ilizado- IPCP eacute usado para configurar os IPs dos part icipantes- Permite tambeacutem configurar se datagramas seratildeo compactados
para transmissatildeo
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