Teleprocessamento e Redes
Capítulo 4:
Sub-Camada de
Acesso ao Meio
Prof. Fábio M. Costa
INF / UFG
Redes de Difusão (Broadcast) versus
Redes Ponto-a-Ponto

Redes Ponto-a-Ponto:
–
–
–
–
–
2
Meio de transmissão
dedicado
Sem contenção pelo
acesso ao meio
Sem necessidade de
endereçamento
Apenas um destino
possível para cada
transmissão
Multicast através de
múltiplas transmissões
por caminhos diferentes
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG

Redes de Difusão
–
–
–
–
–
Meio de transmissão
compartilhado
Necessita disciplinar o
acesso ao meio
Cada estação possui um
endereço único
A mesma transmissão
pode ser recebida por
várias estações
Multicast sem custo
adicional
Prof. Fábio M. Costa
Redes de Difusão (Broadcast) versus
Redes Ponto-a-Ponto (2)
Rede Local
Enlace Multiponto
(Broadcast)
Enlace ponto-a-ponto
de longa distância
Protocolo: PPP
Roteador
Tipo de serviço
Delimitação de quadros
Controle de erros
Controle de fluxo
Controle de acesso ao meio
3
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Rede Local
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Camada de
Enlace
Sub-camada de Acesso ao Meio
4
Camada de Rede
Camada de Rede
Sub-Camada de
Controle do Enlace
Sub-Camada de
Acesso ao Meio
Sub-Camada de
Controle do Enlace
Sub-Camada de
Acesso ao Meio
Camada Física
Camada Física
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Redes de Difusão: Contenção pelo
acesso ao meio




Múltiplas estações podem tentar transmitir
quadros ao mesmo tempo
Colisões podem ocorrer caso duas ou mais
estações transmitam ao mesmo tempo
Após colisão, quadros são retransmitidos
Ocorrência de colisões aumenta com:
–
–

5
número de estações na rede
probabilidade de cada estação transmitir em um
determinado instante
Afeta a eficiência da rede como um todo
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Controle de Acesso ao Meio


Detectar a ocorrência de colisões
Evitar a ocorrência de colisões
–

Estratégia de recuperação (após colisões)
–
–
–
6
pode não ser 100% eficaz
Tenta-se transmitir os quadros novamente
Tentando evitar que quadros retransmitidos
colidam novamente
Ex.: retransmissão após um intervalo aleatório de
tempo
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O Problema de Alocação de Canais
Compartilhados

Métodos estáticos
–
–


Não há contenção!
Mas resultam em uma baixa utilização do
canal
–
7
FDM – capacidade total dividida em faixas de
freqüência
TDM – capacidade total dividida em slots de
tempo
Capacidade de sub-canais ociosos não pode ser
remanejada para outra conexão
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Alocação Dinâmica de Canais
Compartilhados


Método para se resolver quem tem direito de
acesso ao meio em um dado instante
Determinístico
–
–

tokens (permissão para transmissão)
round robin
Não-determinístico
–
transmite e verifica se houve colisão

8
Colisões podem não ser evitáveis
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Modelo de Sistema

Estações:
–
autônomas

–
mono-programadas

–
9
geram tráfego independentemente umas das outras
uma vez iniciada a transmissão de um quadro, a
estação permanece bloqueada até que a transmissão
se complete com sucesso
equivalentes umas às outras (sem prioridades)
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Modelo de Sistema (2)

Canal de transmissão
–
–
10
um único canal usado para transmissão e
recepção por todas as estações
não existe um canal adicional para arbitração do
acesso ao meio
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Modelo de Sistema (3)

Colisões
–
dois (ou mais) quadros transmitidos
simultaneamente se sobrepõem, gerando lixo


–
–
assume-se que colisões são a única fonte de
erros
todas as estações podem detectar a ocorrência
de colisões

–
11
quadros são perdidos
mesmo que apenas um bit seja afetado!
inclusive as estações transmissoras (broadcast)
alguns protocolos evitam a ocorrência de colisões
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Modelo de Sistema (4)

Uso do tempo:
–
Tempo contínuo

–
Tempo demarcado (slotted time)


12
transmissão de quadros pode ter início em qualquer
instante
um relógio mestre divide o tempo em intervalos
discretos (slots)
transmissão de quadros só pode começar no início de
um slot
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Modelo de Sistema (5)

Detecção do estado do canal:
–
Protocolos com monitoração do canal




–
carrier sensing
estações verificam se o canal está sendo usado antes
de tentarem transmitir
reduz a probabilidade de colisões
método geralmente usado em redes locais
Protocolos sem monitoração do canal

quando a monitoração prévia do estado do canal não é
prática
–


13
ex.: em redes de satélite (longos atrasos)
estações transmitem sem verificar se o canal está livre
detectam a colisão e retransmitem
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Protocolos de Múltiplo Acesso




14
ALOHA
Slotted ALOHA
CSMA
CSMA/CD
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ALOHA

Estações transmitem quadros sempre que
houver dados a serem enviados
–

Colisões são freqüentes
–

quadros são perdidos mesmo que apenas o
primeiro ou o último bit tenha colidido
Transmissor detecta a colisão e retransmite
o quadro
–
–
15
sem que antes monitorem o estado do meio
após um intervalo aleatório de tempo
para tentar evitar novas colisões
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ALOHA (2)
Estação
A
B
C
D
E
16
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ALOHA: Período de Contenção
Colisão com
o início do
quadro
Colisão com
o final do
quadro
t
t0
t0+t
t0+2t
t0+3t
Período de vulnerabilidade
17
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ALOHA: Eficiência

Decresce com o aumento do número de
estações tentando transmitir ao mesmo
tempo
–
–
–
–

Eficiência máxima do protocolo: 18%
–
18
Gera mais colisões...
... que por sua vez geram mais retransmissões
... que geram mais colisões
Efeito em cascata
Ver análise no livro (seção 4.2.1)
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ALOHA com Tempo Demarcado
(Slotted ALOHA)

Tempo é dividido em intervalos discretos
–
Equivalentes ao tempo de transmissão de um
quadro

–

Uma estação especial transmite um sinal
periódico de temporização para marcar o início
dos slots
Estação transmissora precisa espera o início
de um novo slot para que possa transmitir
–
–
19
considerando quadros de tamanho fixo
Reduz pela metade o período de vulnerabilidade
Dobra a eficiência: 36% (ver análise no livro)
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Protocolos com monitoração do meio

Em redes locais, é possível uma estação
monitorar a atividade das demais
–



Estações monitoram o estado do meio antes
de efetuar transmissões
Carrier Sense Multiple Access Protocols
Melhor eficiência de utilização do meio, em
relação ao protocolo ALOHA/Slotted ALOHA
–
20
Ex.: para determinar se alguma outra estação
está transmitindo em um certo instante
devido à maior disciplina no acesso
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CSMA: Duas modalidades

Persistente
–

Não-Persistente
–
21
Após detectar que o meio se tornou livre, a
estação transmite com probabilidade p
Não inicia a transmissão imediatamente após
detectar que o meio se tornou livre
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CSMA 1-Persistente

Quando uma estação tem dados para transmitir
(recém-obtidos da camada superior):
–
–
Primeiro escuta o meio de transmissão
Se livre:

–
Estação transmite o quadro
Se ocupado:



Estação espera até que o meio se torne livre
Ao detectar que o meio ficou livre, transmite o quadro (com
probabilidade 1)
Se houver colisão:
–
22
Aguarda um tempo aleatório e repete o protocolo
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CSMA 1-persistente: Desempenho

É afetado pelo atraso de propagação:
–


Maior atraso: aumenta a probabilidade de que duas percebam
o meio de transmissão livre e comecem a transmitir
“simultaneamente”, gerando colisão
Principal fator afetando o atraso de propagação
Exemplo:
–
–
Estação A transmite um quadro
Estação B escuta o meio mas o sinal transmitido por A ainda
não se propagou até ela

23
Pensa que o meio está livre e começa a transmitir
A
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B
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CSMA não-persistente


Antes de transmitir, estação “escuta” o meio
Se livre:
–

Se ocupado:
–
–

24
Espera um intervalo de tempo aleatório
Recomeça novamente o protocolo
Melhor utilização do meio
–

Inicia transmissão do quadro imediatamente
gera menos colisões
Requer tempo maior para transmitir um
quadro
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CSMA p-persistente



Protocolos com tempo demarcado em slots
Antes de transmitir, estação “escuta” o meio
Se livre:
–
–
–
Transmite o quadro, com probabilidade p
Adia a transmissão para o próximo slot, com
probabilidade q = 1 - p
Repete este processo (adiamento) até que:


Quadro seja transmitido
Outra estação comece a transmitir
–

25
neste caso, estação atua como se houvera uma colisão
Se ocupado: espera próximo slot e recomeça
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Eficiência dos protocolos CSMA e
ALOHA
26
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Protocolos CSMA: Considerações
sobre desempenho

Quanto menos persistente:
–


Por outro lado, a diminuição do fator p
resulta em um maior atraso de transmissão
para cada quadro individual
Portanto, deve-se chegar a um equilíbrio
entre estes dois requisitos
–
–
27
melhor a eficiência de utilização do meio
eficiência de utilização do meio
tempo máximo de transmissão de um quadro
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CSMA com Detecção de Colisão
(CSMA/CD)


Melhoria sobre os protocolos CSMA originais
Estações interrompem a transmissão de
seus quadros caso detectem uma colisão
–

Economizam tempo e largura de banda, uma vez
que os quadros já foram comprometidos
Detecção de colisões:
–
Estação transmissora “escuta” o meio, medindo a
potência ou comprimento dos pulsos de sinal
recebidos, comparando com o sinal transmitido

28
Lembre-se que, em meios de difusão (broadcast) uma
estação “escuta” suas próprias transmissões
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Prof. Fábio M. Costa
CSMA/CD: Modelo conceitual

Sistema alterna entre os seguintes estados:
–
–
–
29
Contenção: estações tentando ganhar acesso ao meio
Transmissão: uma estação transmite um quadro
Silêncio: nenhuma estação tem quadros a transmitir
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CSMA/CD: Algoritmo de contenção



Uma ou mais estações têm quadros para
transmitir (anterior ao instante t0)
Cada estação “escuta” o meio
Quando o meio se torna livre (t0):
–


Estações continuam “escutando” o meio
Caso detectem uma colisão:
–
–
30
Cada estação inicia a transmissão de seu quadro
–
param a transmissão
esperam um intervalo de tempo aleatório
tentam novamente
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Prof. Fábio M. Costa
CSMA/CD: Tempo necessário para se
detectar uma colisão

Mínimo: tempo de propagação do sinal até a
estação mais distante
–

Não confiável
Para se ter certeza de que a transmissão foi bem
sucedida:
–
–
Estação transmissora deve esperar o tempo de ida e volta
do sinal, de uma extremidade à outra do meio
Ex.: em um cabo coaxial de 1Km: 5μs
A
31
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
B
Prof. Fábio M. Costa
CSMA/CD: Mais uma ilustração

Applet animado (Kurose & Ross, 2003)
–
32
http://wps.aw.com/wps/media/objects/221/227091
/applets/csmacd/csmacd.html
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CSMA/CD: Considerações finais

Codificação dos bits deve favorecer a
detecção de colisões
–

Protocolo não garante entrega confiável dos
quadros
–

33
Contra-exemplo: Se o valor binário 0 for codificado
com 0 Volts, não é possível detectar a colisão de
dois bits 0: sinal continua 0 Volts
quadros podem ainda ser perdidos, mesmo que
não haja colisões (ex.: buffer overflow no receptor)
Base para o padrão Ethernet (IEEE 802.3)
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Outros Protocolos de Controle de
Acesso ao Meio

Protocolos livres de colisão
–
–
Protocolo de bit-map
Protocolo de contagem regressiva binária



Protocolos de contenção limitada
–
Protocolo adaptativo de caminho em árvore

34
Elevada eficiência de uso do meio quando a carga de
utilização é alta
Aumento do atraso de transmissão quando a carga de
transmissão é baixa
Combina o melhor dos protocolos livres de contenção
com os protocolos de contenção (ALOHA)
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Outros Protocolos de Controle de
Acesso ao Meio (2)

Protocolos de múltiplo acesso com divisão
do comprimento de onda (WDMA)
–
–
–
–
Uso em fibras óticas
Múltiplos canais com comprimentos de onda
diferentes, um para cada estação transmissora
Livre de colisões
Protocolo para estabelecer conexões entre duas
estações

35
Isto é, para permitir que a estação receptora “sintonize”
o canal através do qual irá receber os dados da
conexão
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Protocolos para Redes Locais Sem Fio

Rede local sem fio
–

Meio de transmissão sem fio via rádio
apresenta propriedades diferentes dos meios
convencionais (cabeados)
–
36
Sistema de computadores (portáteis ou não) que
se comunicam via rádio (ou infra-vermelho)
Protocolos convencionais de controle de acesso
ao meio são inapropriados
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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Rede local sem fio: Configuração típica
Ponto
de
Acesso
37
Estrutura
deRede
cabeada
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
Ponto
de
Acesso
Prof. Fábio M. Costa
Redes locais sem fio: Suposições
básicas


Cada estação tem uma faixa de alcance
limitada
Caso uma estação receptora esteja dentro
do alcance de duas estações transmissoras:
–
Sinal resultante recebido será corrompido



38
Do ponto de vista da estação receptora
Nem todas as estações estarão dentro do
alcance umas das outras
Obstáculos (ex.: paredes) reduzem a faixa
de alcance de uma estação
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
Prof. Fábio M. Costa
Uso de CSMA em redes locais sem fio:
Uma abordagem inapropriada

CSMA permite detectar interferências em
relação ao transmissor
–
–

39
Mas nem todas as estações estão ao alcance
umas das outras
Pode ser que uma estação “distante” esteja
transmitindo, podendo afetar os receptores
É necessário detectar interferências do
ponto de vista do receptor
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Problema da estação “escondida”
 A já está transmitindo (para B)
 C (fora do alcance de A) detecta o meio livre e
começa a transmitir
 Transmissões de A e C colidem em B
A
40
B
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
C
D
Prof. Fábio M. Costa
Problema da estação “exposta”
 B está transmitindo para A
 C (dentro do alcance de B) quer transmitir para D,
mas detecta que o meio está ocupado
 Mas C poderia transmitir para D sem interferir com
a outra transmissão (A está fora do alcance de C)
A
41
B
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
C
D
Prof. Fábio M. Costa
Uso de CSMA em redes sem fio:
Conclusão

Não permite detectar se há atividade
(transmissão) ao alcance do receptor
–
–

Múltiplas transmissões podem ocorrer
simultaneamente
–
–
42
Atividade ao redor do transmissor não
necessariamente é importante
Pois o transmissor não consegue “escutar” toda a
rede (como no caso de redes cabeadas)
Desde que não interfiram entre si
Isto é, desde que tenham destinos diferentes, os
quais estão fora de alcance uns dos outros
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
Prof. Fábio M. Costa
Protocolos apropriados para redes
sem fio: MACA


Multiple Access with Collision Avoidance
Princípio básico:
–
–
43
Transmissor faz com que o receptor emita um
pequeno quadro (de controle)
De forma que todas as estações ao alcance do
receptor tomem conhecimento da transmissão
que se seguirá e permaneçam em silêncio
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MACA: Request To Send (RTS)
 B deseja transmitir para C
 B envia um quadro de requisição de transmissão
(RTS) para C
Quadro RTS
especifica o
tamanho do
quadro de
dados que se
seguirá
44
A
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
B
RTS
C
D
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MACA: Clear To Send (CTS)
 C responde com um quadro de liberação de para
transmissão
 B inicia a transmissão do quadro de dados
Quadro CTS
especifica o
tamanho do
quadro de
dados que B
poderá
transmitir
45
A
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
B
CTS
C
D
Prof. Fábio M. Costa
Efeito de RTS e CTS

Ao “escutar” um RTS destinado a outra
estação:
–
estações não podem transmitir – para não
interferir com o quadro CTS


Ao “escutar” um CTS destinado a outra
estação:
–
–
estações sabem o tamanho do quadro de dados
que se seguirá
aguardam em silêncio a transmissão do quadro

46
caso da estação A
caso da estação D
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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MACA: Múltiplas transmissões
simultâneas

Após CTS, estação A pode transmitir
simultaneamente
–
–
Não interfere com a transmissão de B para C
Pois C está fora do alcance de A
A
47
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
B
C
D
Prof. Fábio M. Costa
MACA: Colisões

Quando dois potenciais transmissores enviam
quadros RTS simultaneamente (para a
mesma estação de destino)
–


A e C enviam RTSs para B  RTSs colidem em B
A e C não receberão seus respectivos CTSs
Cada um aguarda um período de tempo
aleatório antes de tentar novamente o envio
do RTS
RTS
RTS
A
48
B
C
D
B não envia
CTS
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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Padrões IEEE 802
Ethernet Token
Bus
49
Token DQDB
LAN
Ring
Sem Fio
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
PAN
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Padrões IEEE 802: Escopo
50
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
Prof. Fábio M. Costa
IEEE 802: Ligação entre redes locais
diferentes (Bridging)
51
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
Prof. Fábio M. Costa
IEEE 802.3: Introdução

CSMA/CD 1-persistente
–
–
Estação escuta o meio
Se livre

–
Se ocupado

–


52
Aguarda até que fique livre, então transmite
Se colisão


Transmite imediatamente
Interrompe a transmissão
Aguarda um intervalo de tempo aleatório
Repete o processo
Ethernet
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3 e Ethernet



1976: Xerox (Bob Metcalfe)
Inicialmente: 10Mbps
Barramento compartilhado
–

53
Inicialmente: cabo coaxial 50 Ohms
802.3 e Ethernet original não são exatamente idênticos
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Cabeamento (10Mbps)
54





10: taxa de dados (10Mbps)
Base: transmissão em banda básica
5 | 2: x100 = comprimento máximo do cabo
T: par trançado
F: fibra ótica
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Cabeamento (2)
55
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Topologias

10Base5 e 10Base2
–
–
Barramento
Conexão das estações ao barramento


–
–

Quebras no cabo afetam a integridade da rede
Até 4 repetidores (ou 5 segmentos de cabo)
Repetidor:
–
–
56
10Base5: grampos tipo “vampiro” (perfuram o cabo)
10Base2: conectores padrão BNC (em “T”)
Recebe um bit por uma porta e o retransmite (com
potência de sinal regenerada) pela outra porta
Atua na camada física
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Topologias (2)

10Base-T e 10Base-F
–
–
Estrela
Estações conectadas a um hub central via


–
Hub implementa a lógica do barramento
internamente

–
Protocolo CSMA/CD
Não apresenta o problema de particionamento do
cabo

57
par trançado (10Base-T) – até 100m (150m UTP Cat 5)
fibra ótica (10Base-F) – até 2000m
Manutenção mais simples
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IEEE 802.3: Topologias (3)
58
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Esquema de codificação

Uso de uma codificação simples levaria a
ambigüidades:
–
–

Solução: Uso de uma codificação que
permita ao receptor se sincronizar com o
transmissor
–
59
bit 0: 0 Volts; bit 1: 5 Volts
Estações não teriam como distingüir canal ocioso
(0 Volts) de uma seqüência de bits 0 sendo
transmitidos
Permitindo detectar início e fim de transmissão
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Codificação Manchester
 Bit 1: alto-baixo
 Bit 0: baixo-alto
 Cada bit uma transição: facilita detecção do bit pelo
receptor
 Desvantagem: necessita o dobro da largura de banda
10Mbps  20MHz
60
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IEEE 802.3: Protocolo MAC

Preâmbulo:
–
–
–

Delimitador de início de quadro
–
61
7 bytes contendo o padrão de bits 1 0 1 0 1 0 1 0
Onda quadrada de 10MHz por 5,6μs
Para sincronização do relógio do receptor
1 byte contendo o padrão 1 0 1 0 1 0 1 1
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Protocolo MAC (2)

Endereços de destino e fonte
–
–
–
–
–
–
62
6 bytes
Bit de mais alta ordem: 1  endereço de grupo (multicast)
Broadcast: todos os bits do end. de destino iguais a 1
Endereços globais: atribuídos pelo IEEE, globalmente únicos
Endereços locais: atribuídos pelo administrador local
Distinção pelo bit 46
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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IEEE 802.3: Protocolo MAC (3)

Comprimento do campo de dados
–
–

Campo de enchimento (Pad)
–
–
63
Especifica o número de bytes contidos no campo de dados do
quadro
Mínimo de 0, máximo de 1500
Evita quadros menores que 64 bytes
Tamanho mínimo de um quadro: para garantir a deteção de
colisões (a 10Mbps: 64 bytes = 51,2μs = tempo de ida-e-volta
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Deteção de colisões X tamanho dos
quadros

64
Quadro menor que 64 bytes:
 Estação terminará de transmitir antes do tempo de ida-e-volta
 Estação poderá não escutar uma colisão e concluirá,
erroneamente, que o quadro foi transmitido com sucesso
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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Deteção de colisões X tamanho dos
quadros (2)

À medida em que a taxa de transmissão
aumenta (100Mbps, 1Gbps, 10Gbps):
Tamanho mínimo de quadro deve aumentar
ou
– Distância máxima entre duas estações deve
diminuir
–

Exemplo:
–
–
65
1Gbps, dist. < 2500m: menor quadro: 6400 bytes
1Gbps, dist. < 250m: menor quadro 640 bytes
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IEEE 802.3: Protocolo MAC (4)

Campo de checksum
–
–
66
Código de checagem de erro polinomial
CRC 32 bits
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IEEE 802.3: Recuperação de colisões


Algoritmo: Binary Exponential Backoff
Após colisões: tempo é dividido em slots
–
Cada slot: 51,2μs



Após a primeira colisão:
–

Cada estação aguarda 0 ou 1 slot para tentar
novamente (número escolhido aleatoriamente)
Após a segunda colisão:
–
67
Tempo para transmitir quadro mínimo (64 bytes)
Isto é, tempo de ida-e-volta, no pior caso
Cada estações aguarda um número aleatório de
slots entre 0 e 3 para tentar novamente
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IEEE 802.3: Recuperação de colisões
(2)

Após a i-ésima colisão
–

Após a décima colisão sucessiva
–

–

68
Intervalo de randomização fica congelado (0..1023)
Se não conseguir transmitir após 16 colisões
–

Cada estação aguarda entre 0 e 2i-1 slots
Desiste da transmissão do quadro
Recuperação fica a cargo das camadas superiores
Baixo atraso quando há poucas colisões
Diminui a ocorrência de colisões quando há
muitas estações tentando transmitir
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IEEE 802.3: Desempenho
 Porcentagem do
tempo utilizado
com transmissões
úteis:
tempo útil
tempo total
 Isto é, descontado
o tempo gasto com
controle de
contenção
69
 Análise não
considera o atraso
de transmissão
para cada quadro
individual!
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Redes 802.3 Chaveadas (Switches)
70
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Redes 802.3 Chaveadas (2)

Permite aumentar o throughput global da rede
sem aumentar a taxa de transmissão
–

E sem perder o investimento com placas de rede
já instaladas
Switch:
–
–
–
Backplane de alta velocidade (vários Gbps)
Várias placas ligadas ao backplane (4 a 32)
Cada placa possui várias portas 10Base-T

–
Cada porta: um domínio de colisões independente

71
Cada um para a ligação de uma estação
Não há colisões
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Redes 802.3 Chaveadas (3)

Estações ligadas ao switch se comportam
como em uma rede 802.3 convencional
–

Se estação destino está ligada à mesma
placa: quadro é copiado imediatamente
–

72
Transmite quadros padrão 802.3 para o switch
Quadros são bufferizados caso mais de uma
estação ligada à mesma placa tente transmitir ao
mesmo tempo – não há colisões entre portas
Se destino em outra placa, quadro é
encaminhado através do backplane
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Redes 802.3 Chaveadas (4)

Hubs podem ser ligados às portas do switch
–

Se todas (ou várias) portas do switch são
ligadas a hubs:
–
–

Switch = ponte 802.3 para 802.3
Isto é, provê a ligação entre várias redes 802.3
Em geral: switch é responsável pelo
encaminhamento de quadros entre origem e
destino para redes adjacentes
–
73
Colisões podem ocorrer “dentro” do hub
Mas não lida com roteamento entre redes
“distantes”
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Hubs X Switches

Hub
–
–
–
–
–
–
74
Opera na camada física
Manipula bits individuais
Nada mais que
repetidores com várias
portas
Podem ser estruturados
em árvore
Único domínio de
colisões
Modelos mais
sofisticados possuem
funcionalidade adicional
de gerenciamento
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
Switch
–
–
–
–
Dispositivo de camada de
enlace
Manipula quadros
Cada porta forma um
domínio de colisões
independente
Capacidade de encaminhar
os quadros apenas para a
porta à qual está ligada a
estação de destino

–
roteamento em nível de
enlace
Aumenta o throughput global
da rede
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Conclusão sobre 802.3

Vantagens:
–
–
–
–
–
75
Maior experiência operacional (maior base
instalada)
Protocolo de simples implementação
Estações podem ser instaladas sem interromper
o funcionamento normal da rede
Transmissão em banda básica: não requer
modem
Baixo delay quando a demanda na rede é baixa
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Conclusão sobre 802.3 (2)

Desvantagens:
–
–
–
Utiliza circuitos analógicos (p/ detectar colisões)
Tamanho mínimo de quadro: overhead para
pequenas transmissões
Protocolo não-determinístico

–
–
–
76
Inapropriado para aplicações de tempo-real
Não há como definir prioridades
Comprimento do cabo X tamanho dos quadros X
eficiência
Colisões afetam o desempenho
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IEEE 802: Outros padrões para redes
locais – 802.4 Token Bus




Topologia física em barramento
Anel lógico: passagem de token
Token: quadro especial que circula pela rede
em ordem seqüencial, estação por estação
Ao receber o token, uma estação tem o
direito de transmitir um quadro
–


77
Não há colisões
Taxa de transmissão: 1, 5 ou 10Mbps
Transmissão em banda larga: requer modem
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IEEE 802: Outros padrões para redes
locais – 802.4 Token Bus (2)
78
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IEEE 802: Outros padrões para redes
locais – 802.5 Token Ring

Topologia física em anel
–

Protocolo de acesso ao meio: passagem de
token
–
–


79
Formado por uma sucessão circular de ligações
ponto-a-ponto
Estação espera receber o token para que possa
transmitir um quadro
Mais determinístico que Ethernet
Não há colisões
Taxa de transmissão: 1, 4 ou 16Mbps
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IEEE 802: Outros padrões para redes
locais – 802.5 Token Ring (2)
80
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IEEE 802: Outros padrões para redes
locais – 802.5 Token Ring (3)
81
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LANs IEEE 802: Conclusão

Três padrões incompatíveis
–
–
–

Desempenho:
–

Em geral similar
Difícil fazer uma comparação precisa
–
–
82
Diferentes formatos de quadros
Diferentes taxas de transmissão
Diferentes protocolos de acesso ao meio
Escolha depende da aplicação específica e de
fatores “comerciais”
802.3 tem, de longe, a maior base instalada,
aliado a uma maior disponibilidade comercial e
baixo custo
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IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC

Padrão IEEE para a sub-camada de controle do
enlace
–

Implementa as funcionalidades estudadas no Capítulo
3 (Camada de Enlace) para transmissão confiável:
–
–
–

Conexões
Controle de erros (através de reconhecimentos)
Controle de fluxo (janelas deslizantes)
Em contraste: sub-camada MAC provê apenas um
serviço do tipo “best effort”
–
–
83
Situada acima da sub-camada MAC
Não provê garantias quanto à entrega dos quadros
Pode ser tudo o que é necessário (ex.: em LANs “confiáveis”)
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IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC
(2)

Oculta as diferenças entre as várias tecnologias
de LANs (em relação à camada de rede)
–
–
–

Provê um formato de quadro único
Provê uma interface de serviço única
Independentes do protocolo MAC subjacente
Três tipos de serviço:
–
–
–
Datagrama não-confiável: básico (em LANs cabeadas)
Datagrama com reconhecimento
Quadro LLC inclui
números de
Confiável, orientado a conexões
seqüência e números
de reconhecimento
84
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IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC
(3)
85
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Endereços MAC

6 bytes, expressos em hexadecimal
–

Placas de rede possuem endereços
permanentemente associados
–
–

–
–
86
Não há duas placas com o mesmo endereço MAC
Fabricantes compram, do IEEE, pacotes de 224 endereços:
3 bytes menos significativos do endereço
Endereços com estrutura “plana”
–

10:2A:51:6F:34:7A
Sem estrutura hierárquica
Independentes da rede em que se localiza a estação ou
placa de rede
Identificação única de uma placa de rede
Endereço de broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF
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Pontes

Conexão entre redes locais independentes
–
Que utilizam diferentes tecnologias


Conexão entre redes locais geograficamente
distantes
–

87
Pontes eliminam as restrições de distância
impostas às redes locais
Isolar o tráfego entre redes independentes
–

Ex.: redes departamentais
Ainda permitindo sua interconexão
Filtrar o tráfego entre redes diferentes
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Pontes: Interconexão de redes
88
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Pontes: Funcionamento
89
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Pontes: Interconexão de redes 802
diferentes

Diferentes formatos de quadro
–
O encaminhamento de um quadro de uma rede para outra
requer:


90
Reformatação do quadro
Re-cálculo do checksum
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Pontes: Interconexão de redes 802
diferentes (2)

Diferentes taxas de transmissão
–
Necessita buferização na ponte



Timeouts nas camadas superiores
–
Ao transmitir quadros para uma rede destino
congestionada ou mais lenta

91
Ao encaminhar quadros de uma rede mais rápida para
outra mais lenta
Quando várias LANs desejam enviar quadros para uma
mesma LAN destino
Quadros estão buferizados na ponte à espera de serem
encaminhados, mas as camadas superiores percebem
o atraso como perdas de quadros
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Pontes: Interconexão de redes 802
diferentes (3)

Redes com tamanhos máximos de quadros
diferentes
–
–
O que fazer quando necessita encaminhar um
quadro muito grande para a rede destino?
Descartar o quadro!


Redes com características diferentes
–
–
92
IEEE 802 não provê segmentação e remontagem de
quadros
Com prioridades Vs. sem prioridade
Comportamento do protocolo de cada rede
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Padrões IEEE para pontes

Pontes Transparentes
–
Pontes baseadas em árvores de espalhamento


Pontes com Roteamento na Fonte
–
–
Não muito usado atualmente
Detalhes sobre este tipo:

93
Spanning tree bridges
seção 4.4.3 (Tanenbaum)
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Pontes Transparentes

Pontes “plug-and-play”
–

Ponte opera em “modo promíscuo”
–
–
–
–
94
Não necessitam interferência do admnistrador da
rede para um correto funcionamento
Aceita e examina cada quadro transmitido em
todas as LANs interconectadas pela ponte
Descarta quadros cujo destino se encontra na
LAN de origem do quadro
Encaminha quadros cujo destino se encontra em
uma LAN diferente da LAN de origem
Interfaces (portas) de uma ponte não possuem
endereço MAC
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Pontes transparentes: Exemplo
25:4E:62:34:4F:F5
45:21:3B:50:13:5C
34:5A:B2:10:65:BA
95
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Pontes Transparentes:
Encaminhamento de quadros



96
Com base em tabelas de rotas construídas automaticamente
pela ponte
Ponte “aprende” a localização de uma estação (em uma dada
LAN) à medida em que recebe quadros daquela estação
Cada entrada na tabela indica a porta através da qual uma
estação pode ser atingida (direta ou indiretamente)
Endereço MAC
Porta (LAN)
destino
Tempo
34:5A:B2:10:65:BA
1
10:35
45:21:3B:50:13:5C
2
10:36
25:4E:62:34:4F:F5
2
10:45
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Pontes Transparentes:
Encaminhamento de quadros (2)

Ao receber um quadro destinado a uma
estação desconhecida da ponte
–
Encaminha o quadro através de todas as portas


Entradas na tabela de rotas têm tempo de
vida limitado
–
Após transcorrido este tempo: entrada é
removida da tabela

–
97
“Flooding”
A menos que a ponte tenha recebido quadros da
estação neste meio tempo
Elimina entradas invalidadas pela movimentação
(ou desligamento) de estações
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Pontes Transparentes:
Encaminhamento de quadros (3)

Resumo
–
Se destino e origem na mesma rede:

–
Se destino e origem em redes diferentes:

–
Encaminha o quadro através da porta apropriada (de
acordo com a tabela de rotas)
Se destino desconhecido:

98
Descarta o quadro
Usa “flooding”
Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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Pontes baseadas em “árvores de
espalhamento”


Quando há múltiplos caminhos em uma rede
interconectada por pontes
Evitar caminhos cíclicos
–
99
Que gerariam ciclos de quadros infinitos
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Pontes baseadas em “árvores de
espalhamento” (2)



Pontes desativam links redundantes
Garante que há apenas um caminho entre
quaisquer dois nós
Tolerância a falhas:
–
–
100
Links inativos podem ser reativados caso outros
links em uso falhem
De modo a reconectar a árvore
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Pontes baseadas em “árvores de
espalhamento”: Exemplo
101
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Pontes remotas


Interconexão entre redes remotamente localizadas
Links ponto-a-ponto entre as pontes remotas
–

Eliminam as restrições do protocolo MAC
–
102
Como se fossem LANs sem estações
Domínios de colisão independentes em cada lado da ponte
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