Ethernet Switches
 Transmissão em camada 2
(quadros) com filtragem
usando endereços de LAN
 Switching: A-para-B a A’para-B’ simultaneamente,
sem colisões
 grande número de
interfaces
 muitas vezes: hosts
individuais são conectados
em estrela no switch (1
host para cada porta)
 Ethernet, mas sem
colisões!
Ethernet Switches
 cut-through switching: o quadro é enviado
da entrada para a saída sem esperar pela
montagem do quadro inteiro
 pequena redução da latência
 combinações de interfaces de 10/100/1000
Mbps, dedicadas e compartilhadas
Ethernet Switches (mais)
Para Internet
Externa
Shared
Dedicated
IEEE 802.11 Wireless LAN
 wireless LANs: rede sem fio (frequentemente móvel)
 padrão IEEE 802.11 :


protocolo MAC
espectro de freqüência livre: 900Mhz, 2.4Ghz
 Basic Service Set (BSS) (igual a
uma “célula”) contém:
 wireless hosts
 access point (AP): estação
base
 BSS’s se combinam para formar
um sistema distribuído (DS)
Redes Ad Hoc
 Rede Ad hoc: estações IEEE 802.11 podem
dinamicamente formar uma rede sem AP
 Aplicações:
 “laptop” encontrando-se numa sala de
conferência, interconexão de equipamentos
“pessoais” , rodovia inteligente
 campo de batalha
 IETF MANET
(Mobile Ad hoc Networks)
working group
IEEE 802.11 Protocolo MAC: CSMA/CA
802.11 CSMA receptor:
se o quadro é recebido OK
returna ACK depois de SIFS
segundos
origem
destino
outros
NAV: acesso diferido
802.11 CSMA: transmissor
- se o canal é sentido vazio por
DISF segundos
então envia o quadro inteiro (não
há detecção de colisão)
-se o canal é sentido ocupado
Então binary backoff
IEEE 802.11 MAC Protocol
origem
destino
outros
NAV: acesso diferido
Protocolo 802.11 CSMA:
outras estações
 NAV: Network Allocation
Vector
 quadro 802.11 tem campo
com tempo de
transmissão
 outros (ouvindo a rede)
deferem o aceso por
NAV unidades de tempo
Efeito do Terminal Oculto
 Terminais ocultos: A, C não podem ouvir um ao outro
obstáculos (a) , atenuação do sinal (b)
 colisões em B
 objetivo: evitar colisões em B
 CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance

Collision Avoidance: Troca de RTS-CTS
 CSMA/CA: reserva explícita
origem
destino
outros
NAV: acesso diferido
de canal
 transmissor: envia RTS
curto: request to send
 receptor: responde com um
CTS: clear to send
 CTS reserva o canal para o
transmissor, notificando as
outras estações
(possivelmente ocultas)
 evita colisões com estações
ocultas
Collision Avoidance: troca de RTS-CTS
 RTS e CTS curtos:
colisões são menos
prováveis e de duração
menor
 resultado final é similar a
detecção de colisão
 IEEE 802.11 permite:
 CSMA
 CSMA/CA: reservas
 polling a partir do AP

destino
outros
NAV: acesso diferido
origem
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 (A camada de
enlace costumava ser considerada de alto nível
na pilha de protocolos!)
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
 capacidade de separar os protocolos na recepção
tranparência de bits: deve trasnportar qualquer padrão de
bits no campo de dados
detecção de erros (mas não correção)
gerenciamento da conexão: detecta, e informa flhas 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
PPP não-requisitos
 não há correção nem recuperação de erros
 não há controle de fluxo
 aceita entregas fora de ordem (embora
seja pouco comum)
 não há necessidade de suportar enlaces
multiponto (ex., polling)
Recuperação de erros, controle de fluxo, re-ordenação dos
dados são todos relegados para as camadas mais altas!
PPP Formato do Quadro
 Flag: delimitador (enquadramento)
 Endereço: não tem função (apenas uma opção
futura)
 Controle: não tem função; no futuro é possível ter
múltiplos campos de controle
 Protocolo: indica o protocolo da camada superior ao
qual o conteúdo do quadro deve ser entregue (ex.
PPP-LCP, IP, IPCP, etc.)
ou
tamanho
variável
ou
CRC
endereço
controle
PPP Formato dos dados
 info: dados da camada superior sendo
transportados
 CRC: verificação de redundância cíclica
para detecção de erros
ou
tamanho
variável
ou
CRC
endereço
controle
Byte Stuffing
 Requisito de “transparência de dados”: o campo
de dados deve poder incluir o padrão
correspondente ao flag <01111110>
 Q: se for recebido o padrão <01111110> são
dados ou é flag?
 Transmissor: acrescenta (“stuffs”) um byte extra
com o padrão < 01111101> (escape) antes de cada
byte com o padrão de flag < 01111110> nos dados
 Receptor:
 um byte 01111101 seguido de 01111110 em
seguida: discarta o primeiro e continua a
recepção de dados
 único byte 01111110: então é um flag
Byte Stuffing
byte com
o padrão
do flag nos
dados a
enviar
byte com o padrão de
escape acrescentado nos
dados transmitidos
seguido por um byte com
padrão de flag
PPP Protocolo de Controle de Dados
Antes de trocar dados da camada
de rede, os parceiros da camada
de enlace devem
 configurar o enlace PPP (tamanho
máximo do quadro, autenticação)
 aprender/configurar as
informações da camada de rede
 para o IP: transportar
mensagens do Protocolo de
Controle IP (IPCP) (campo
de protocolo: 8021) para
configurar/ aprender os
endereços IP
Modo de Transferência Assíncrono: ATM
 Padrão dos anos 1980/1990 para altas taxas de
transmissão (155Mbps a 622 Mbps e mais alto)
arquitetura de Broadband Integrated Service
Digital Network (B-ISDN)
 Objetivo: transporte integrado de voz, dados e
imagens com foco nas redes públicas de comunicação
 deve
atender os requisitos de tempo/QoS para
aplicações de voz e de vídeo (versus o serviço de
melhor esforço da Internet)
 telefonia de “próxima geração”: fundamentos
técnicos no mundo da telefonia
 comutação de pacotes (pacotes de tamanho fixo,
chmados “células”) usando circuitos virtuais
Arquitetura ATM
 camada de adaptação: apenas na borda de uma rede ATM
segmentação e remontagem dos dados
 grosseiramente análoga à camada de transporte da
Internet
 camada ATM: camada de “rede”
 comutação de células, roteamento
 camada física

ATM: camada de rede ou de enlace?
Visão: transporte fim-a-fim:
“ATM de computador a
computador”
 ATM é uma tecnologia
de rede
Realidade: usada para
conectar roteadores IP de
backbone
 “IP sobre ATM”
 ATM como uma camada
de enlace comutada,
conectando roteadores
IP
Camada de Adaptação ATM (AAL)
 Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” camadas
superiores (aplicações IP ou nativas ATM) para a camada
ATM abaixo
 AAL presente apenas nos sistemas finais, não nos
comutadores ATM (“switches”)
 O segmento da camada AAL (campo de cabeçalho/trailer e
de dados ) são fragmentados em múltiplas células ATM

analogia: segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de Adaptação ATM (AAL) [mais]
Diferentes versões da camada AAL, dependendo da classe
de serviço ATM:
 AAL1: para serviço CBR (Taxa de Bit Constante), ex. emulação de
circuitos
 AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bit Variável), ex., vídeo MPEG
 AAL5: para dados (ex., datagramas IP)
Dados de usuário
AAL PDU
célula ATM
AAL5 - “Simple And Efficient AL”
(SEAL)
 AAL5: AAL com cabeçalhos pequenos usado para
transportar datagramas IP



4 bytes de verificação cíclica de erros
PAD assegura que o segmento tem tamanho múltiplo de
48 bytes
grandes unidades de dados AAL5 devem ser
fragmentadas em células ATM de 48-bytes
Camada ATM
Serviço: transporte de células através da rede ATM
 análoga à camada de rede IP
 serviços muito diferentes da camada de rede IP
Arquitetura
de Rede
Internet
Modelo
de Serviço Banda
ATM
melhor
esforço
CBR
ATM
VBR
ATM
ABR
ATM
UBR
Guarantias ?
Aviso de
Perda Ordem Tempo Congestão
não
não
não
não
taxa
constante
taxa
garantida
mínimo
garantido
não
sim
sim
sim
sim
sim
sim
não
sim
não
não (inferido
pelas perdas)
não há
congestão
não há
congestão
sim
não
sim
não
não
Camada ATM: Circuitos Virtuais
 Transporte em VC: células são transportadas sobre VC da fonte
ao destino




estabelecimento de conexão, necessário para cada chamada antes
que o fluxo de dados possa ser iniciado
cada pacote trasnporta um identificador de VC (não transporta o
endereço do destino)
cada comutador com caminho entre a fonte e o destino mantém o
“estado” para cada conexão passante
recursos do enlace e do comutador (banda passante, buffers) podem
ser alocados por VC: para obter um comportamente semelhante a
um circuito físico
 VCs Permanentes (PVCs)


conexões de longa duração
tipicamente: rota “permanente” entre roteadores IP
 VCs Comutados (SVC):

dinamicamente criados numa base por chamada
ATM VCs
 Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM:
índices de QoS garantidos para conexões
mapeadas em circuitos virtuais (banda passante,
atraso, variância de atraso)
 Problemas no uso de circuitos virtuais:
 O suporte de tráfego datagrama é ineficiente
 um PVC entre cada par origem/destino não tem
boa escalabilidade (N2 conexões são
necessárias)
 SVC introduz latência de estabelecimento de
conexão e atrasos de processamento para
conexões de curta duração

Camada ATM: célula ATM
 cabeçalho da célula ATM com 5 bytes
 carga útil com 48-bytes
Porque?: carga útil pequena -> pequeno atraso de
criação de célula para voz digitalizada
 meio do caminho entre 32 and 64 (compromisso!)

Cabeçalho
da célula
Formato da
célula
3º bit no campo PT;
valor 1 indica última
célula (AAL-indicate
bit)
Cabeçalho da célula ATM
 VCI: identificador de canal virtual
pode mudar de enlace para enlace através da
rede
 PT: Tipo de payload (ex. célula RM versus célula
de dados)
 CLP: bit de Prioridade de Perda de Célula
 CLP = 1 implica célula de baixa prioridade, pode
ser descartada em caso de congestão
 HEC: Verificação de Erros no Cabeçalho
 verificação cíclica de erros

Camada Física ATM
A camada física se compõe de duas partes
(subcamadas ):
 Subcamada de Convergência de Transmissão (TCS):
adapta a camada ATM acima à subcamada física
abaixo (PMD)
 Subcamada Dependente do Meio: depende do tipo de
meio físico sendo empregado
Funções da TCS :



Geração do checksum do cabeçalho: 8 bits CRC
Delineamento de célula
Com uma subcamada PMD não estruturada, transmite células
vazias (“idle cells”) quando não há células de dados a enviar
Camada Física ATM (mais)
Subcamada Dependente do Meio Físico (PMD)
 SONET/SDH: estrutura de transmissão de quadros (como
um container carregando bits);
 sincronização de bits;
 partições da banda passante (TDM);
 várias velocidades: OC1 = 51.84 Mbps; OC3 = 155.52
Mbps; OC12 = 622.08 Mbps
 T1/T3: estrutura de transmissão de quadros (velha
hierárquia de telefonia: 1.5 Mbps/ 45 Mbps. No Brasil usa-se
a hierárquia européia E1/E3: 2 / 34 Mbps
 não estruturada: apenas células (ocupadas/vazias)
IP-sobre-ATM
apenas IP Clássico
 3 “redes” (ex.,
segmentos de LAN)
 endereços MAC
(802.3) e IP
IP sobre ATM
 substitui “rede” (ex.,
segmento de LAN)
com a rede ATM
 endereços ATM,
endereços IP
rede
ATM
Ethernet
LANs
Ethernet
LANs
IP-sobre-ATM
Questões:
 datagramas IP em
ATM AAL5 PDUs
 dos endereços IP
aos endereços
ATM

da mesma forma
que de endereços
IP para endereços
MAC 802.3!
rede
ATM
Ethernet
LANs
Viagem de um Datagrama numa Rede
IP-sobre-ATM
 no Endereço de Origem:



Camada IP encontra um mapeamento entre o endereço IP e o
endereço de destino ATM (usando ARP)
passa o datagrama para a camada de adaptação AAL5
AAL5 encapsula os dados, segmenta em células, e passa para a
camada ATM
 Rede ATM: move a célula para o destino de acordo com o seu VC
(circuito virtual)
 no Host de Destino:


AAL5 remonta o datagrama original a partir das células
recebidas
se o CRC OK, datagrama é passado ao IP
ARP em redes ATM
 A rede ATM precisa do endereço de destino
da mesma forma que uma rede Ethernet
necessita do endereço MAC do destino
 Translação de endereço IP/ATM é feita pelo
protocolo ATM ARP (Address Resolution Protocol)
 servidor ARP numa rede ATM realiza broadcast
de translações solicitadas para todos os
equipamentos ATM conectados
 hosts podem registrar seus endereços ATM
com o servidor para facilitar as buscas

X.25 e Frame Relay
Semelhante ao ATM:
 tecnologias de redes de longa distância
 orientados a circuitos virtuais
 origens no mundo da telefonia
 podem ser usados para transportar
datagramas IP
 portanto podem ser vistos como
entidades de camada de enlace pelo
protocolo IP
X.25
 X.25 constrói circuitos virtuais (VC) entre a
origem e o destino para cada conexão
 Controle por salto ao longo do caminho
 controle de erros (com retransmissões) em cada
salto usando LAP-B
• variante do protocolo HDLC
 controle de fluxo por saltos usando créditos
• a congestão que ocorre num nó intermediário
se propaga para o nó anterior no caminho dos
pacotes
• chega até a fonte através desta “pressão
para trás”
IP versus X.25
 X.25: entrega fim-a-fim confiável e
seqüencial

“inteligencia na rede”
 IP: entrega fim-a-fim não confiável, não-
seqüencial

“inteligência nos terminais”
 roteadores de alta capacidade: a
quantidade de processamento é limitada
 2000: IP vence
Frame Relay
 Projetado no final da década de 80, largamente
usado nos anos 90
 Serviço Frame relay:
 não há controle de erros
 controle de congestão fim-a-fim
Frame Relay (mais)
 Projetado para interconectar redes locais corporativas
tipicamente opera com circuitos virtuais permanentes (PVCs):
“tubo” carregando tráfego agregado entre roteadores
 circuitos virtuais comutados (SVCs): como no ATM
 usuários corporativos alugam serviços FR de prestadores de
serviços de redes Frame Relay públicas (ex., Embratel, ATT)

camada 3
Campos de dados do usuário
camada 2
endereçamento
do Quadro,
roteamento,
notificação de
congestão
Frame Relay (mais)
flags endereço
dados
CRC
flags
 bits de Flag, 01111110, delimitadores do quadro
 endereço:
campo de 10 bits com indentificador de VC
 3 bits de controle de congestão
• FECN: notificação explícita de congestão à
frente (quadro experimentou congestão no
caminho)
• BECN: congestão no caminho reverso
• DE: possibilidade de descarte

Frame Relay -Controle de Taxa no VC
 Taxa de Informação Comprometida (CIR)
taxa definida e garantida para cada VC
 negociada no tempo de estabelecimento do VC
 o preço do serviço é baseado no CIR

 but DE : bit com Possibilidade de Descarte
Comutador FR de borda mede o tráfego para
cada VC; marca o bite DE
 DE = 0: alta prioridade, quadro dentro da taxa
comprometida; entregue a todo custo
 DE = 1: baixa prioridade, elegível para descarte
em caso de congestão

Frame Relay - CIR & Marcação de
Quadro
 Taxa de acesso: taxa R do enlace de acesso entre
o roteador originador (cliente) e o comutador FR
de borda (provedor); 64Kbps < R < 1,544Kbps
 Tipicamente, muitos VCs (um para cada roteador
de destino) são multiplexados no mesmo tronco de
acesso; cada VC tem o seu próprio CIR
 O comutador FR de borda mede a taxa de tráfego
para cada ; ele marca o quadro
 (se DE <= 1) quadros que excedem o CIR (estes
podem ser descartados posteriormente)
Capítulo 5: Resumo
 princípios por trás dos serviços da camada de enlace:



detecção e correção de erros
compartilhando um canal broadcast: acesso múltiplo
endereçamento da camada de enlace, ARP
 várias tecnologias da camada de enlace






Ethernet
hubs, pontes, switches
IEEE 802.11 LANs
PPP
ATM
X.25, Frame Relay
 viagem através da pilha de protocolos agora
ENCERRADA!

próximas paradas: segurança, gerenciamento de rede