Camadas de Enlace e F - PowerPoint PPT Presentation

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Camadas de Enlace e F

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Camadas de Enlace e F sica transpar ncias baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross – PowerPoint PPT presentation

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Title: Camadas de Enlace e F


1
Camadas de Enlace e Física
  • transparências baseadas no livroComputer
    Networking A Top-Down Approach Featuring the
    InternetJames Kurose e Keith Ross
  • http//occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbook
    s/kurose-ross1/

2
Capítulo 5 Camada de Enlace e Física
  • Nossos objetivos
  • entender os princípios por trás dos serviços da
    camada de enlace
  • detecção de erros, correção
  • compartilhando um canal broadcast acesso
    múltiplo
  • endereçamento da camada de enlace
  • transferência de dados confiável, controle de
    fluxo já visto!
  • instanciação e implementação de várias
    tecnologias da camada de enlace
  • Visão Geral
  • serviços da camada de enlace
  • detecção de erros, correção
  • protocolos de acesso múltiplo e LANs
  • endereçamento da camada de enlace, ARP
  • tecnologias específicas da camada de enlace
  • Ethernet
  • hubs, pontes, switches
  • PPP

3
Camada de enlace definindo o contexto
fluxo real de PDUs
Roteador R1
protocolo de enlace
Roteador R2
Roteador R3
Roteador R3
Roteador R4
4
Camada de enlace definindo o contexto
  • dois elementos físicos fisicamente conectados
  • host-roteador, roteador-roteador, host-host
  • unidade de dados quadro (frame)

rede enlace física
protocolo de enlace
M
quadro
enlace físico
placa adaptadora
5
Serviços da Camada de Enlace
  • Enquadramento, acesso ao enlace
  • encapsula datagramas em quadros, acrescentando
    cabeçalhos e trailer
  • implementa acesso ao canal se o meio é
    compartilhado
  • endereços físicos usados nos cabeçalhos dos
    quadros para identificar a fonte e o destino dos
    quadros
  • diferente do endereço IP !
  • Entrega confiável entre dois equipamentos
    fisicamente conectados
  • já aprendemos como isto deve ser feito (Cam.
    Transp.)!
  • raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro
    (fibra, alguns tipos de par trançado)
  • enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro
  • Q porque prover confiabilidade fim-a-fim e na
    camada de enlace?

6
Serviços da Camada de Enlace (cont.)
  • Controle de Fluxo
  • limitação da transmissão entre transmissor e
    receptor
  • Detecção de Erros
  • erros causados pela atenuação do sinal e por
    ruídos.
  • o receptor detecta a presença de erros
  • avisa o transmissor para reenviar o quadro
    perdido
  • Correção de Erros
  • o receptor identifica e corrige o bit com
    erro(s) sem recorrer à retransmissão

7
Implementação Camada de Enlace
  • implementado no adaptador
  • ex., placa PCMCIA, placa Ethernet
  • tipicamente inclui RAM, chips DSP, interface com
    barramento do host, e interface do enlace

rede enlace física
protocolo de enlace
M
quadro
enlace físico
placa adaptadora
8
Detecção de Erros
  • EDC Bits de Detecção e Correção de Erros
    (redundancia)
  • D Dados protegidos pela verificação de
    erros, pode incluir os campos de cabeçalho
  • A detecção de erros não é 100 confiável!
  • protocolos podem deixar passar alguns erros, mas
    é raro
  • Quanto maior o campo EDC melhor é a capacidade
    de detecção e correção de erros

9
Verificação de Paridade
Paridade Bi-dimensional Detecta e corrige erros
de um único bit
Paridade com Bit único Detecta erro de um único
bit
bit de paridade
erro de paridade
0
0
erro de paridade
sem erros
erro de 1 bit corrigível
FEC Forward Error Correction
10
Checksum da Internet
  • Objetivo detectar erros (ex. bits trocados)
    num segmento transmitido (nota usado na camada
    de transporte e no cabeçalho da camada de redes)
  • Já visto

11
Verificação de Redundância Cíclica
  • encara os bits de dados, D, como um número
    binário
  • escolhe um padrão gerador de r1 bits, G
  • objetivo escolhe r CRC bits, R, tal que
  • ltD,Rgt é divisível de forma exata por G (módulo
    2)
  • receptor conhece G, divide ltD,Rgt por G. Se o
    resto é diferente de zero erro detectado!
  • pode detectar todos os erros em seqüência (burst
    errors) com comprimento menor que r1 bits
  • largamente usado na prática (ATM, HDCL)

12
Exemplo de CRC
Cálculo do código do checksum polinomial G 1 0
0 1 1x4 x1
Aritmética polinomial ignora vai-um
(carries/borrows) da adição e subtração.Operaçõe
s são idênticas ao Ou Exclusivo 10011011
11110000 11001010 - 10100110
------------ ------------ 01010001
01010110
13
Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos
  • Três tipos de enlaces
  • ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP)
  • difusão (broadcast fio ou meio
    compartilhadoex, Ethernet, Wavelan)
  • comutado (ex., switched Ethernet, ATM)

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Protocolos de Acesso Múltiplo
  • canal de comunicação único e compartilhado
  • duas ou mais transmissões pelos nós
    interferência
  • apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado
    instante de tempo
  • protocolo de múltiplo acesso
  • algoritmo distribuído que determina como as
    estações compartilham o canal, isto é, determinam
    quando cada estação pode transmitir
  • comunicação sobre o compartilhamento do canal
    deve utilizar o própro canal!

15
Protocolos MAC uma taxonomia
  • Três grandes classes
  • Particionamento de canal
  • dividem o canal em pedaços menores
    (compartimentos de tempo, freqüência)
  • aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó
  • Acesso Aleatório
  • permite colisões
  • recuperação das colisões
  • Passagem de Permissão
  • compartilhamento estritamente coordenado para
    evitar colisões

16
Protocolos MAC com Particionamento de Canal TDMA
  • TDMA acesso múltiplo por divisão temporal
  • acesso ao canal é feito por turnos"
  • cada estação controla um compartimento (slot)
    de tamanho fixo (tamanho tempo de transmissão
    de pacote) em cada turno
  • compartimentos não usados são disperdiçados
  • exemplo rede local com 6 estações 1,3,4 têm
    pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios
  • TDM (Time Division Multiplexing) channel divided
    into N time slots, one per user inefficient with
    low duty cycle users and at light load.
  • FDM (Frequency Division Multiplexing) frequency
    subdivided.

17
Protocolos MAC com Particionamento de Canal FDMA
  • FDMA acesso múltiplo por divisão de freqüência
  • o espectro do canal é dividido em bandas de
    freqüência
  • cada estação recebe uma banda de freqüência
  • tempo de transmissão não usado nas bandas de
    freqüência é desperdiçado
  • exemplo rede local com 6 estações 1,3,4 têm
    pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam
    vazias

tempo
bandas de freqüência
18
Protocolos de Acesso Aleatório
  • Quando o nó tem um pacote a enviar
  • transmite com toda a taxa do canal R.
  • não há uma regra de coordenação a priori entre
    os nós
  • dois ou mais nós transmitindo -gt colisão,
  • Protocolo MAC de acesso aleatório especifica
  • como detectar colisões
  • como as estações se recuperam das colisões (ex.,
    via retransmissões atrasadas)
  • Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório
  • slotted ALOHA
  • ALOHA
  • CSMA e CSMA/CD

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Slotted Aloha
  • tempo é dividido em compartimentos de tamanho
    igual ( tempo de transmissão de um pacote)
  • nó com pacote pronto transmite no início do
    próximo compartimento
  • se houver colisão retransmite o pacote nos
    futuros compartimentos com probabilidade p, até
    que consiga enviar.

Compartimentos Sucesso (S), Colisão (C), Vazio
(E)
20
Eficiência do Slotted Aloha
  • P qual a máxima fração de compartimentos com
    sucesso?
  • R Suponha que N estações têm pacotes para
    enviar
  • cada uma transmite num compartimento com
    probabilidade p
  • prob. sucesso de transmissão, S, é
  • por um único nó S p (1-p)(N-1)

21
ALOHA Puro (unslotted)
  • unslotted Aloha operação mais simples, não há
    sincronização
  • pacote necessita transmissão
  • enviar sem esperar pelo início de um
    compartimento
  • a probabilidade de colisão aumenta
  • pacote enviado em t0 colide com outros pacotes
    enviados em t0-1, t01

22
Aloha Puro (cont.)
S vazão goodput (taxa de sucesso)
23
CSMA Carrier Sense Multiple Access
  • CSMA escuta antes de transmitir
  • Se o canal parece vazio transmite o pacote
  • Se o canal está ocupado, adia a transmissão
  • CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente
    com probabilidade p quando o canal se torna livre
    (pode provocar instabilidade) (versão com slot
    qdo p ltgt 1)
  • CSMA Não-persistente tenta novamente após um
    intervalo aleatório
  • analogia humana não interrompa os outros!

24
Colisões no CSMA
colisões podem ocorrer o atraso de propagação
implica que dois nós podem não ouvir as
transmissões de cada outro
colisão todo o tempo de transmissão do pacote é
desperdiçado
nota papel da distância e do atraso de
propagação na determinação da probabilidade de
colisão.
25
CSMA/CD (Detecção de Colisão)
  • CSMA/CD detecção de portadora, diferimento como
    no CSMA
  • colisões detectadas num tempo mais curto
  • transmissões com colisões são interrompidas,
    reduzindo o desperdício do canal
  • retransmissões persistentes ou não-persistentes
  • detecção de colisão
  • fácil em LANs cabeadas medição da intensidade do
    sinal, comparação dos sinais transmitidos e
    recebidos
  • difícil em LANs sem fio receptor desligado
    enquanto transmitindo
  • analogia humana o bom-de-papo educado

26
Protocolos MAC com Passagem de Permissão
  • Protocolos MAC com particionamento de canais
  • compartilham o canal eficientemente quando a
    carga é alta e bem distribuída
  • ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
    ao canal. A estação consegue uma banda de 1/N da
    capacidade do canal, mesmo que haja apenas 1 nó
    ativo!
  • Protocolos MAC de acesso aleatório
  • eficiente nas cargas baixas um único nó pode
    usar todo o canal
  • cargas altas excesso de colisões
  • Protocolos de passagem de permissão
  • buscam o melhor dos dois mundos!
  • ? Determinismo

27
Protocolos MAC com Passagem de Permissão
  • Polling
  • nó mestre convida os escravos a transmitirem um
    de cada vez
  • Mensagens Request to Send e Clear to Send
  • problemas
  • polling overhead
  • latência
  • ponto único de falha (mestre)
  • Token passing
  • controla um token passado de um nó a outro
    sequencialmente.
  • mensagem token
  • problemas
  • token overhead
  • latência
  • ponto único de falha (token)

28
Endereços de LAN e ARP
  • Endereços IP de 32-bit
  • endereços da camada de rede
  • usados para levar o datagrama até a rede de
    destino (lembre da definição de rede IP)
  • Endereço de LAN (ou MAC ou físico)
  • usado para levar o datagrama de uma interface
    física a outra fisicamente conectada com a
    primeira (isto é, na mesma rede)
  • Endereços MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
    gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de
    rede

29
Endereços de LAN e ARP
Cada adaptador numa LAN tem um único endereço de
LAN
30
Endereços de LAN (mais)
  • A alocação de endereços MAC é administrada pelo
    IEEE
  • O fabricante compra porções do espaço de endereço
    MAC (para assegurar a unicidade)
  • Analogia
  • (a) endereço MAC semelhante ao número
    do CPF
  • (b) endereço IP semelhante a um
    endereço postal
  • endereçamento MAC é flat gt portabilidade
  • é possível mover uma placa de LAN de uma rede
    para outra sem reconfiguração de endereço MAC
  • endereçamento IP hierárquico gt NÃO portável
  • depende da rede na qual se está ligado

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Lembre a discussão anterior sobre roteamento
  • Começando em A, dado que o datagrama está
    endereçado para B (endereço IP)
  • procure rede.endereço de B, encontre B em alguma
    rede, no caso igual à rede de A
  • camada de enlace envia datagrama para B dentro de
    um quadro da camada de enlace

endereço de origem e destino do quadro
endereço de origem e destino do pacote
end. IP de A
endereço MAC de B
end. MAC de A
end. IP de B
dados IP
datagrama
quadro
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ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de
Resolução de Endereços)
  • Cada nó IP (Host, Roteador) numa LAN tem um
    módulo e uma tabela ARP
  • Tabela ARP mapeamento de endereços IP/MAC para
    alguns nós da LAN
  • lt endereço IP endereço MAC TTLgt
  • lt .. gt
  • TTL (Time To Live) tempo depois do qual o
    mapeamento de endereços será esquecido
    (tipicamente 20 min)

33
Protocolo ARP
  • A conhece o endereço IP de B, quer aprender o
    endereço físico de B
  • A envia em broadcast um pacote ARP de consulta
    contendo o endereço IP de B
  • todas as máquinas na LAN recebem a consulta ARP
  • B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu (de
    B) endereço de camada física
  • A armazena os pares de endereço IP-físico até que
    a informação se torne obsoleta (esgota a
    temporização)
  • soft state informação que desaparece com o tempo
    se não for re-atualizada

34
A Camada Física (Physical Layer)
  • Transmissão de dados
  • Unidirecional (Simplex)
  • - Bidirecional (Duplex)
  • Alternada (Half-duplex)
  • Simultânea (Full-duplex)
  • Analógico comportamento contínuo no tempo.
  • Digital comportamento discreto no tempo.

35
Comunicação Analógica X Digital
  • Transmissão analógica
  • Sinais analógicos industriais típicos 0 a 20
    mA, 4 a 20mA, 10V a 10V (toda a faixa é
    significativa)
  • Rede telefônica convencional freqüência e
    amplitude das ondas sonoras convertida em sinal
    elétrico equivalente pelo microfone, transmitida
    (faixa 300 a 3400 Hz) e convertida em som no
    receptor pelo alto-falante.
  • Transmissão digital
  • Permite introduzir técnicas para detectar erros
    de transmissão (CRC, etc.)
  • Repetidores e reforçadores de sinal mais simples
    e eficientes
  • Pode-se ter sinal analógico e informação digital
    !

36
Modos de Transmissão
Forma de envio de bits - paralela gt várias
linhas gt todas referenciadas a um terra comum gt
bom para curtas distâncias (20m) - serial gt
uma linha composta de um par de fios gt usa
diferença de potencial entre fios como sinal gt
bom para longas distâncias e mais
barato Temporização de caracteres - síncrona gt
intervalo de tempo entre caracteres consecutivos
é fixo gt cadência definida para cada bit por
sinal de clock gt clock enviado em fio separado
ou codificado no sinal de dados - assíncrona gt
não existe intervalo definido de tempo entre
caracteres consecutivos gt caracteres delimitados
por start e stop bits, que permitem sincronização
a nível de bits - Em ambos os casos gt necessária
sincronia a nível de bits
37
Banda Base X Banda Larga
  • Baseband (banda base)
  • Suporte de transmissão usado por um único canal,
    que ocupa todo o espectro de freqüências
  • Broadband (banda larga)
  • - Suporte de comunicação dividido em múltiplos
    canais, com sinais modulados
  • - Requer MODEM (modulador / demodulador) gt caro

38
Bit-rate X Baud-rate
  • Taxa de transmissão (bit rate) número de bits
    transmitidos por segundo, expressa em bps (bits
    per second).
  • Taxa de sinalização (baud rate) número de
    intervalos de sinalização (mudanças de amplitude)
    por segundo do sinal, expressa em bauds.
  • Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1,
    então baudrate bitrate.
  • Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits
    (dibits), então baudrate bitrate/2.
  • Se usarmos um nível de amplitude para 3 bits
    (tribits), então baudrate bitrate/3.
  • Para codificar n bits agrupados em um mesmo nível
    de amplitude, são necessários 2n amplitudes.

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Bit-rate X Baud-rate
  • Relação entre baudrate e bitrate
  • n número de bits representados por cada nível
    de amplitude.
  • L número de níveis de amplitude necessários
    2n
  • bitrate log2 L . baudrate
  • Exemplos
  • Isto explica como um modem capaz de gerar apenas
    9.600 intervalos de sinalização por segundo
    (9.600 baud) pode transmitir 28.800 bps ele
    opera com tribits, ou seja, 3 bits codificados em
    8 níveis de tensão.

40
Modulação (broadband)
  • Banda base
  • Broadband
  • Possível combinar técnicas
  • Ex. QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation)
    combina 4 amplitudes e 4 fases, permitindo 16
    valores por transição do sinal. Ou seja, 4 bits
    por baud (24 16) ?bitrate 4 baud rate

amplitude
freqüência
fase
41
Codificação e Sincronização de Bits (Baseband)
  • transmissão serial de dados requer sincronização
    entre emissor e receptor
  • receptor tem que amostrar sinal na mesma
    freqüência em que este foi gerado
  • - freqüência do sinal define o tempo bit
    (intervalo de sinalização)
  • - amostragem deve ocorrer aprox. no meio do tempo
    bit

42
Codificação e sincronização de bits
- sinal de sincronização pode ser enviado em fio
separado daquele que envia a mensagem gt funciona
bem, permite altas freqüências de transmissão,
mas mais caro - requer cabo com 4 fios gt 2 para
dados e 2 para sinal de sincronização
43
Codificação e sincronização de bits
- outra opção codificar na própria mensagem
sinais que geram sincronização - transições
(flancos) facilmente detectáveis
eletronicamente - outras formas de codificação de
bits foram criadas para este fim - Codificação
RZ (Return to Zero)
44
Codificação e Sincronização de Bits
- Codificação Manchester
Obs. baudrate 2 x bitrate!
45
Codificação e Sincronização de Bits
  • Codificação Manchester diferencial
  • 0 transição 1 falta de transição


1

0

0

1

1

1

0

1

tempo bit



46
A camada de Enlace de Dados (Data Link Layer)
  • - Geralmente decomposta em 2 subcamadas (proposta
    IEEE)
  • MAC (Medium Access Control) controle de acesso
    ao meio (muito importante em redes de
    difusão)
  • LLC (Logical Link Control) controle lógico de
    enlace, faz todas as demais funções e oferece
    serviços à camada logo acima
  • IEEE 802.2 - LLC
  • IEEE 802.3 1-Persistente CSMA-CD (Ethernet
    -gtXerox)
  • IEEE 802.4 Token Bus (FisicoBarramento,
    LógicoAnel)
  • IEEE 802.5 Token Ring Passagem de Ficha em
    Anel (IBM)

47
Subcamada LLC
  • Classes de serviços de enlace
  • sem conexão e sem reconhecimento
  • não há como recuperar quadro perdido
  • usado em sistemas com meio físico pouco sujeito à
    ruídos ou com controle de erros em outra camada
  • sem conexão com reconhecimento
  • controle de perda de quadros se reconhecimento
    não recebido antes de time-out, repetir envio
  • com conexão
  • garante não perda, não repetição e seqüência
    correta de quadros
  • requer 3 etapas estabelecer conexão, transmitir
    dados, liberar conexão

48
Ethernet
  • Tecnologia de rede local dominante
  • barato R30 por 100Mbs!
  • primeira tecnologia de LAN largamente usada
  • Mais simples, e mais barata que LANs com token e
    ATM
  • Velocidade crescente 10, 100, 1000 Mbps

Esboço da Ethernet por Bob Metcalf
49
Estrutura do Quadro Ethernet
  • Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
    (ou outro pacote de protocolo da camada de rede)
    num quadro Ethernet
  • Preâmbulo
  • 7 bytes com padrão 10101010 seguido por um byte
    com padrão 10101011
  • usado para sincronizar transmissor e receptor

50
Estrutura do Quadro Ethernet (mais)
  • Endereços 6 bytes, quadro é recebido por todos
    os adaptadores e descartado se o endereço do
    quadro não coincide com o endereço do adaptador
  • Tipo indica o protocolo da camada superior,
    geralmente é o protocolo IP mas outros podem ser
    suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
  • CRC verificado no receptor, se um erro é
    detectado, o quadro é simplesmente descartado.

51
Codificação Manchester de Banda Básica
  • Banda básica significa que não se usa modulação
    de portadora ao invés disto, bits são
    codificados usando codificação Manchester e
    transmitidos diretamente, modificando a voltagem
    de sinal de corrente contínua
  • Codificação Manchester garante que ocorra uma
    transição de voltagem a cada intervalo de bit,
    ajudando sincronização entre relógios do
    remetente e receptor

52
Ethernet
  • Serviço sem conexão e não confiável
  • sem handshake
  • Receptor (adaptador) simplesmente descarta frames
    com erro (erro de CRC)
  • Camadas de Aplicação ou Transporte podem
    recuperar erro

53
Ethernet usa CSMA/CD
  • A examina canal, se em silêncio
  • então
  • transmite e monitora o canal
  • Se detecta outra transmissão
  • então
  • aborta e envia sinal de jam
  • atualiza número de colisões
  • espera como exigido pelo algoritmo exponential
    backoff
  • vá para A
  • senão quadro transmitido zera contador de
    colisões
  • senão espera até terminar a transmissão em curso
    vá para A

54
Ethernet CSMA/CD (mais)
  • Sinal Jam garante que todos os outros
    transmissores estão cientes da colisão 48 bits
  • Exponential Backoff
  • Objetivo adaptar tentativas de retransmissão
    para carga atual da rede
  • carga pesada espera aleatória será mais longa
  • primeira colisão escolha K entre 0,1 espera é
    K tempo pré-definido
  • após a segunda colisão escolha K entre
    0,1,2,3
  • após 10 ou mais colisões, escolha K entre
    0,1,2,3,4,,1023
  • K (512 bit time)

55
Randomização de tempo no CSMA/CD(Binary
Exponential Backoff)
start
no
Station
Ready ?
yes
New
nc 0
Frame ?
Ether
nc nc1
Silent ?
no
limit 2nc-1
Waitrandom 0,limit
transmit
no
Collision ?
56
Tecnologias Ethernet 10Base2
  • 10 10Mbps 2 comprimento máximo do cabo de 200
    metros (de fato, 186 metros)
  • cabo coaxial fino numa topologia em barramento
  • repetidores são usados para conectar múltiplos
    segmentos
  • repetidor repete os bits que ele recebe numa
    interface para as suas outras interfaces atua
    somente na camada física!

57
Cabos Coaxiais
  • Constituídos de 2 condutores concêntricos
    separados por isolante

Capa protetora
Capa isolante
Alma de cobre
Trança metálica
Cabo com conectores BNC
58
10BaseT e 100BaseT
  • Taxas de transmissão de 10 e 100 Mbps este
    último é chamado de fast ethernet
  • T significa Par Trançado
  • Usa concentrador (hub) ao qual os nós estão
    ligados por cabos individuais de 2 pares
    trançados, apresentando, portanto uma topologia
    em estrela
  • CSMA/CD implementado no hub

59
Par Trançado (Twisted Pair)
  • - forma mais barata e clássica de conexão
  • - cabo composto de n pares de fios de cobre
    isolados e arranjados de forma helicoidal
  • Efeito do arranjo helicoidal gt reduzir induções
    eletromagnéticas parasitas gt fios paralelos
    formam antena !
  • Categoria 3 telefone, LAN2 pares
  • Categoria 5 isolamento teflon, LANusado em
    100BaseT

Conector RJ45
60
10BaseT e 100BaseT (mais)
  • Máxima distância do nó ao hub é de 100 metros
  • Hub pode desconectar um adaptador que não pára de
    transmitir (jabbering adapter)
  • Hub pode coletar e monitorar informações e
    estatísticas para apresentação ao administradores
    da LAN

61
Gbit Ethernet
  • Usa formato do quadro Ethernet padrão
  • Admite enlaces ponto-a-ponto e canais de difusão
    compartilhados
  • Em modo compartilhado, usa-se CSMA/CD para ser
    eficiente, as distâncias entre os nós devem ser
    curtas (poucos metros)
  • Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto

62
Fibras Óticas
- Sinais binários transmitidos como impulsos
luminosos - lógico 1 gt presença de luz - lógico
0 gt ausência de luz
- Princípio de transmissão na fibra - ângulo de
incidência grande gt reflexão e refração - ângulo
de incidência pequeno gt reflexão total
  • Feixe de fibras óticas

63
Interconexão de redes
  • - Problemas da interconexão
  • Como realizar o roteamento entre estações em
    subredes diferentes ?
  • Como interconectar subredes que usam protocolos
    diferentes e incompatíveis ?
  • ex. IBM Token-Ring x Ethernet
  • Como interconectar subredes com arquiteturas
    diferentes ?
  • (ex. ISO/OSI x TCP/IP)

64
As diferentes possibilidades de interconexão
  • - Repetidores (Repeaters) operam a nível da
    camada física, reforçando sinais elétricos no
    meio.
  • - Pontes (Bridges) operam a nível da camada de
    enlace, armazenando, modificando e retransmitindo
    quadros.
  • - Passarelas (Gateways), classificados em 2
    tipos
  • Gateway conversor de meio (media-convertion
    gateway), também chamado Roteador (Router) opera
    a nível da camada de rede e pode realizar funções
    de roteamento, além das funções das pontes.
  • Gateway tradutor de protocolos (protocol-translati
    on gateway), que chamaremos aqui simplesmente de
    Gateway opera a nível de camada de aplicação e
    permite interligar subredes completamente
    diferentes.

65
Bridges (Pontes)
66
Gateways (Passarelas)
67
Routers (Roteadores)
68
Hubs, Pontes e Comutadores
  • Usados para estender as características das redes
    locais cobertura geográfica, número de nós,
    funcionalidade administrativa, etc.
  • Diferem entre si em respeito a
  • isolamento de domínios de colisão
  • camada em que operam
  • Diferentes de roteadores
  • plug and play
  • não provêem roteamento ótimo de pacotes IP

69
Hubs
  • Dispositivos da camada física basicamente são
    repetidores operando ao nível de bit repete os
    bits recebidos numa interface para as demais
    interfaces
  • Hubs podem ser dispostos numa hierarquia (ou
    projeto de múltiplos níveis), com um hub backbone
    na raiz

70
Hubs (cont)
  • Vantagens de Hubs
  • Dispositivos simples, baratos
  • Configuração em múltiplos níveis provê degradação
    suave porções da rede local continuam a operar
    se um dos hubs parar de funcionar
  • Estende a distância máxima entre pares de nós
    (100m por Hub)
  • Desvantagens de Hubs
  • Não se pode misturar tipos diferentes de Ethernet
    (p.ex., 10BaseT and 100BaseT)
  • não isolam domínios de colisão um nó pode
    colidir com qualquer outro nó residindo em
    qualquer segmento da rede local

71
Hubs
...
72
Pontes (Bridges)
  • Dispositivos da camada de enlace operam em
    quadros Ethernet, examinando o cabeçalho do
    quadro, e reencaminhando seletivamente um quadro
    com base no seu endereço de destino
  • Ponte isola domínios de colisão pois ela armazena
    e reencaminha os quadros (resulta em aumento de
    vazão máxima total)
  • Pode interligar tipos diferentes de Ethernet pois
    é um dispositivo armazena e reencaminha
  • Transparente não requer nenhuma modificação aos
    adaptadores dos nós da rede local

73
Pontes (Bridges)
- Pontes são elementos inteligentes
bidirecionais escutam todas as mensagens
enviadas em cada subrede - para cada mensagem,
endereço de destino é verificado em uma tabela
que indica em qual subrede este se encontra - se
endereço de destino está na mesma subrede de
origem, ponte ignora a mensagem - se endereço de
destino está na outra subrede, ponte retransmite
a mensagem na subrede destino
74
Pontes x Roteadores
  • Ambos são dispositivos armazena e reencaminha,
    porém Roteadores são dispositivos da Camada de
    Rede (examinam cabeçalhos da camada de rede)
    enquanto Pontes são dispositivos da Camada de
    Enlace
  • Roteadores mantêm tabelas de rotas e implementam
    algoritmos de roteamento pontes mantêm tabelas
    de filtragem e implementam filtragem

75
Pontes x Roteadores (cont)
  • Operação de uma Ponte é mais simples requerendo
    menor capacidade de processamento
  • Roteadores Requerem configuração de endereços IP
    (não são plug and play)
  • - Requerem maior capacidade de processamento
  • Pontes são melhores em redes pequenas (algumas
    centenas de nós) enquanto roteadores são
    necessários em grandes redes (milhares de nós)

76
Comutadores Ethernet
  • Um comutador Ethernet (Ethernet switch) é um
    dispositivo que estende funções normais de ponte
    para incluir conexões dedicadas ponto-a-ponto
  • Uma estação ligada a um comutador através de uma
    conexão dedicada ponto-a-ponto sempre detecta que
    o meio está ocioso não haverá colisões nunca!
  • Comutadores Ethernet provêem combinações de
    conexões compartilhadas/dedicadas, a 10/100/1000
    Mbps

77
Uso de um Comutador Ethernet
Dedicated
Shared
78
Exemplo de Comutador Ethernet
  • A pode transmitir para A
  • enquanto B transmite para B e
  • C transmite para C,
  • simultaneamente.
  • A vazão agregada corresponde às três
    transferências simultâneas.
  • Por exemplo, 3 x 10 Mbps.

79
Switchers (Comutadores)
Atuam em nível da camada 2 (comutação pelo
endereço MAC dos frames)
80
Controle de Enlace Ponto-a-Ponto
  • Um transmissor, um receptor, um link mais fácil
    que um enlace broadcast
  • não há Controle de Acesso ao Meio
  • não há necessidade de endereçamento MAC explícito
  • ex., enlace discado, linha ISDN
  • protocolos ponto-a-ponto populares para camada de
    enlace
  • PPP (point-to-point protocol)
  • HDLC High level data link control

81
PPP Requisitos de Projeto RFC 1557
  • Enquadramento de pacote encapsulamento do
    datagrama da camada de rede no quadro da camada
    de enlace
  • transporta dados da camada de rede de qualquer
    protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo
    tempo
  • transparência de bits deve transportar qualquer
    padrão de bits no campo de dados
  • detecção de erros (mas não correção)
  • gerenciamento da conexão detecta, e informa
    falhas do enlace para a camada de rede
  • negociação de endereço da camada de rede os
    pontos terminais do enlace podem aprender e
    configurar o endereço de rede de cada outro

Recuperação de erros, controle de fluxo,
re-ordenação dos dados são todos relegados para
as camadas mais altas!
82
PPP Formato do Quadro
  • Flag delimitador (enquadramento)
  • Endereço não tem função (opção futura)
  • Controle não tem função
  • Protocolo indica o protocolo da camada superior
    ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue
    (ex. IP, etc.)

83
PPP Formato dos dados
  • info dados da camada superior sendo
    transportados
  • CRC verificação de redundância cíclica para
    detecção de erros

84
PPP usa Byte Stuffing
  • Requisito de transparência de dados o campo
    de dados deve poder incluir o padrão
    correspondente ao flag lt01111110gt
  • Q se for recebido o padrão lt01111110gt são dados
    ou é flag?
  • Transmissor acrescenta (stuffs) um byte extra
    com o padrão lt 01111101gt (escape) antes de cada
    byte com o padrão de flag lt 01111110gt nos dados
  • Receptor
  • um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida
    descarta o primeiro e continua a recepção de
    dados
  • único byte 01111110 então é um flag

85
Delimitação de quadros
  • Solução 1 enviar caracter adicional com tamanho
    do quadro
  • Inconveniente perda ou deturpação deste caracter

86
Delimitação de quadros
  • Solução 2 Usar seqüências especiais de
    caracteres ASCII para delimitar quadro
  • inicio
  • DLE (Data Link Escape, ASCII 10H) STX (Start of
    Text, ASCII 02H)
  • Fim
  • DLE ETX (End of Text, ASCII 03H)
  • Caso seqüência DLEETX contida na parte de dados
    emissor adiciona um DLE após cada DLE encontrado
    e receptor remove gt caracter de transparência

87
Delimitação de quadros
  • Solução 3 em protocolos orientados a bits, usar
    seqüência especial de bits para delimitar quadro
  • Seqüência mais usual 0111 1110
  • Se esta seqüência estiver presente nos dados
    emissor insere um 0 após cada 5 bits 1
    consecutivos e receptor remove (bitstuffing) gt
    bit de transparência
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