REDES DE COMPUTADORES
REDES DE COMPUTADORES I
Camada de enlace
Professor: M.Sc. Carlos Oberdan Rolim
Versão: 070514_01
*Créditos: Baseado no material do Prof A. Carissimi - UFRGS
Enlance
• Comunicação entre dois dispositivos envolve
uma infra-estrutura física composta pela
interligação de vários dispositivos entre si
– Cada interligação é o que se denomina de enlace
• Enlace é a interligação entre dois pontos
– Dedicado (Ponto a ponto)
– Compartilhado (broadcast)
• Possui um protocolo
– Normalmente implementado em um adaptador
de rede (placa de rede)
CAMADA DE ENLACE DE DADOS
• Desempenha basicamente as seguintes funções:
– Fornece interface bem definida para a camada de rede;
– Endereçamento
– Organiza os dados recebidos da camada de rede em
quadros (frames) a serem transmitidos na rede física (e
vice-versa);
– Trata erros de transmissão; e
– Realiza controle de fluxo para evitar que receptores lentos
(ou muito ocupados) sejam inundados de quadros por
emissores rápidos (ou pouco ocupados).
Serviços fornecidos para a camada de rede
• O principal serviço é a transferência de dados da camada de
rede de uma máquina 1 para a camada de rede de uma
máquina 2 (diretamente conectada à máquina 1).
(a) Comunicação virtual; (b) Comunicação real
Endereçamento
– Problema em enlaces compartilhados (broadcast)
• Como identificar o destino ?
• Como saber que uma transmissão é para mim ?
– Solução: definir endereços físicos (endereços MAC)
• Exemplo: em redes IEEE802 3 têm-se 08:00:46:EC:69:52 (end
unicast)
• São vinculados às interfaces de rede
Tratamento de Quadros
– Dados recebidos da camada de rede (blocos de bytes)
precisam ser enviados pelo canal de enlace de uma
máquina A para uma máquina B diretamente conectada à
primeira, usando-se a camada física que transmite
seqüências de bits agrupadas em blocos ditos quadros
(frames).
– Problema: como identificar início (ou final) de um quadro
se tudo é sinal eletromagnético (ou óptico) no nível físico ?
• Usar algum método de marcação de inicio / fim de quadro
– Diferentes métodos que dependem da tecnologia usada
no nível de enlance
• A geração de quadros pode ser:
– Por temporização de intervalos entre quadros, quando são inseridos intervalos
de tempo entre um quadro e outro; não é muito confiável porque as redes de
transmissão não garante a temporização do sistema para o usuário final;
– Por contagem de bytes, quando se usa um cabeçalho no quadro indicando a
quantidade de bytes no mesmo; apresenta um problema sério quando os
contadores dos quadros são alterados por erros de transmissão.
Enquadramento por contagem de bytes (a) sem erros, (b) com erros
• Por utilização de byte de início e fim de quadro, com inserção de
caracter de escape, quando se usa um ou mais bytes para marcar o
início e o fim de um quadro, inserindo-se bytes de escape quando a
seqüência de início e/ou fim aparece dentro dos dados
transmitidos.
Enquadramento com byte de início e fim
• Por utilização de seqüência de início e fim de quadro, com inserção
de bit de escape, quando se usa um padrão de bits para indicar o
início e o fim de um quadro, inserindo-se bits de escape quando a
seqüência de início e/ou fim aparece dentro dos dados
transmitidos.
Enquadramento com seqüência de bits de início e fim
• Por violação de codificação na camada física, usado em algumas redes
locais (IEEE 802, p.ex.) onde cada bit de dados é codificado como 2 bits
físicos (0 = 01, 1 = 10, 00 e 11 são codificações inválidas para dados,
podendo ser usadas para início e/ou fim de quadro).
Enquadramento por violação de codificação
Detecção e Correção de Erros
• Na transmissão de dados, erros podem ocorrer por diversas razões:
indução eletromagnética, falha de sincronização entre emissor e receptor,
defeito de componentes, etc.
• A camada de enlace de dados deve garantir uma transmissão livre de
erros entre duas máquinas diretamente conectadas.
• Cada quadro é acrescido de um campo de verificação que permite a
detecção (e, eventualmente, a correção) de erros no quadro ao chegar
no destino (imediato).
Paridade de Caracteres
• Quando se usa codificação de 7 bits em bytes de 8 bits, é possível a
utilização do oitavo bit como sinalizador de paridade, de modo que
a quantidade de bits 1 no byte seja par (no caso de paridade par)
ou ímpar (no caso de paridade ímpar).
Paridade de Caracter
Se par o 0 fica onde numero de 1´s for par
Se impar o 0 fica onde número de 1´s for impar
• Este esquema permite detectar, mas não corrigir erros.
Paridade Combinada
• Nesse esquema, além da paridade de caracter, instala-se uma
paridade para o bloco de caracteres, permitindo-se a detecção e
recuperação de 1 erro por caracter, a detecção de dois erros por
caracter, e havendo falha de detecção no caso de erros quádruplos,
como o indicado no exemplo.
Paridade combinada - dados corretos
VRC = Vertical Redundancy Checking
LRC = Longitudinal Redundancy Checking
BCC = Block Check Caracter
Soma de verificação (checksum)
• A informação de redundância é a soma dos dados em
aritmética binária
• Transmissor:
– Os bits de dados são divididos em k blocos de n bits, cada um
– Soma os blocos e complementa o resultado (checksum)
– O checksum é enviado junto com os dados
• Receptor:
– Os bits recebidos são divididos em k blocos de n bits
– Soma os blocos e complementa o resultado (checksum)
• Se checksum for zero, os dados são aceitos → não houve erro!!
Soma de verificação (checksum)
Usado pelo IP, UDP e TCP
Verificação de Redundância Cíclica (Cyclic Redundancy Checking CRC)
• É um método de detecção polinomial que permite a detecção
de praticamente toda ocorrência de erros.
• Idéia: os bits do quadro a ser transmitido serão coeficientes
de um polinômio D(x). Esse polinômio é multiplicado pelo
termo de maior grau de um polinômio gerador G(x),
resultando em um polinômio D'(x), que é dividido pelo
polinômio gerador G(x). O resto dessa divisão é o CRC do
quadro. Na recepção, é feita a divisão, usando-se o mesmo
polinômio gerador G(x), e se o resto da divisão não for 0
(zero), ocorreu erro de transmissão.
• Polinômios geradores:
Empregado na Ethernet (IEEE 802.3): CRC-32
Exemplo:
Dado a transmitir =
10111011
G(x) = x3 + x2 + x
D(x) = 1x7 + 0x6 + 1x5 + 1x4 + 1x3 + 0x2 + 1x1 + 1x0 =
x7 + x5 + x4 + x3 + x + 1
D(x) * termo de maior grau de G(x) =
(x7 + x5 + x4 + x3 + x + 1) * x3 =
x10 + x8 + x7 + x6 + x4 + x3 = D'(x)
D'(x) % G(x) =
x2 + x = 1 1 0 = R(x) = CRC
Dado transmitido = 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0
• A aplicação de CRC é normalmente feita através de hardware.
• Erros detectados:
– Todos erros de um bit
– Todos erros duplos, se o polinômio possuir pelo menos 3 termos
em 1
– Qualquer número ímpar de erros se polinômio for fatorável por
x+1
– Qualquer erro em sequência de n bits ou menos (n= grau do
polinômio)
– CRC-16 e CRC-CITT
• 100% das falhas em sequências de 16 ou menos bits, 99.997% das falhas
em sequências de 17 bits, 99.998% em sequências de 18 bits ou mais
– CRC-32
• Chance de receber dados ruins é de 1 em 4.3 bilhões
– Se chegou sem erro de CRC, talvez esteja correto!!
Medição de Erros em Canais de Comunicação
• Taxa de Erro de Bit (Bit Error Rate - BER)
• Taxa de Erro de Quadro (Frame Error Rate - FER)
Erros aleatórios versus Erros em grupo (burst)
• Testes nos canais de comunicação são realizados com o uso de
software e/ou hardware (TEST-SET) geradores de padrões de
bits que são transmitidos, recuperados e verificados quanto à
sua integridade.
Teste de canal de comunicação
Controle de Fluxo
– Regula o fluxo de quadros entre emissor e receptor, não
permitindo que um emissor rápido (ou pouco ocupado)
inunde um receptor lento (ou muito ocupado).
– Essa regulagem normalmente requer algum mecanismo de
realimentação do emissor por parte do receptor, de acordo
com regras bem definidas.
Controle de fluxo baseado em Confirmação Positiva com
Retransmissão (Positive Acknowledgment - PAR)
– Cada quadro enviado deve ser confirmado pelo receptor.
– O emissor reenvia automaticamente um quadro se não receber a
confirmação dentro de um intervalo de tempo (timeout).
– Para o receptor não confundir um quadro já recebido com uma cópia
retransmitida, usa-se um campo de seqüência no cabeçalho do quadro
(que, nesse caso específico, somente necessita de um bit).
Controle de fluxo tipo PAR
– Problema 1: Gera um quadro completo (vários bits) para transmitir
somente um ACK 0 ou um ACK 1 (dois bits seriam suficientes).
– Problema 2: Desperdiça muita banda de transmissão porque a
transmissão é half-duplex.
– Alto tempo de espera no emissor: ~ 94%
URI - DECC - Santo Ângelo
Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding
Window)
• Melhora 1: envia confirmação do quadro anterior da máquina
A para a máquina B junto com um quadro da máquina B para
a máquina A. Se não houver nada a ser transmitido de B para
A, envia um ACK isolado. Essa técnica é chamada de
piggybacking.
• Melhora 2: envia vários quadros (N) antes de obter a
confirmação; conforme forem sendo confirmados, continua a
transmitir, de modo que em um dado instante possa existir N
quadros pendentes de confirmação.
URI - DECC - Santo Ângelo
Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding
Window)
• Esta técnica viabiliza o envio de diversas mensagens, por
parte do transmissor, antes que este receba a confirmação
se as mensagens enviadas foram recebidas
satisfatoriamente. Neste método é necessário numerar as
mensagens de forma a identificá-las quando for recebido o
seu reconhecimento.
• Nesta numeração existe um limite máximo de mensagens que
podem ser enviadas sem aguardar reconhecimento. Este
limite é denominado "largura da janela", sendo esta
numeração organizada de forma circular.
Controle de fluxo baseado em Janela Deslizante (Sliding
Window)
• Baseado nas características apresentadas, sempre que ocorrer
um erro em uma das mensagens, podem ser implementados
dois procedimentos:
– o destino solicita a retransmissão apenas da mensagem
com erro;
• Guardar os quadros da seqüência após o quadro errado; não
confirmar o quadro errado; aguardar a retransmissão do mesmo
(técnica seletive repeat). É um procedimento bem mais eficiente
em termos de aproveitamento de banda, mas requer mais
memória no nível de enlace do receptor
– solicita a retransmissão de todas as mensagens a partir de
um determinado número de seqüência.
• Ignorar toda a seqüência de quadros a partir do errado; não
confirmar a recepção; aguardar a retransmissão de todos os
quadros a partir do errado (técnica go back n). É um procedimento
ruim para canais de comunicação com muito erro.
Controle de fluxo por Janela Deslizante (N=3)
URI - DECC - Santo Ângelo
• É fácil concluir que a combinação [grande atraso de
transmissão, banda larga e quadro pequeno] é desastrosa em
termos de utilização de um canal de comunicação.
• Com a escolha apropriada da quantidade de quadros a
transmitir sem confirmação (N), pode-se ter o emissor
transmitindo continuamente (basta que o emissor receba a
confirmação do primeiro quadro da janela logo após terminar
de sinalizar o último quadro.)
• Reduz tempo de espera no emissor  63%
• Essa técnica é chamada de pipelining.
URI - DECC - Santo Ângelo
EXEMPLOS DE PROTOCOLOS DE ENLACE DE DADOS
• HDLC - High-level Data Link Control
– Orientado a bit
– Usado na especificação X.25 (Frame-Relay / ADSL)
• SLIP (Serial Line Internet Protocol)
– Simples
– Não detecta e/ou corrige erro;
– Só transporta datagramas IP (Internet);
• PPP - Point to Point Protocol
– Supre deficiencias do SLIP
– Enquadramento
– Sub-dividido em:
• LCP (Link Control Protocol)  ativa / desativa linha
• NCP (Network Control Protocol)  negociações de parâmetros de
comunicação
• SUBCAMADA DE ACESSO AO MEIO - REDES DE
DIFUSÃO
– Trata dos problemas e protocolos para acesso ao meio (ou
canal) de comunicação em redes de difusão, onde
múltiplos usuários (estações) tem de competir entre si
para usar o meio de transmissão.
– Os protocolos usados para determinar quem usa a rede na
próxima vez pertencem à subcamada de acesso ao meio,
chamada de controle de acesso ao meio (MAC - Medium
Access Control).
• Problema da Alocação do Canal
– Como controlar o acesso a um canal de transmissão
compartilhado por N usuários?
• Alocação Estática de Canal em LANs e MANs
– Idéia: dividir a banda passante (W) em N faixas, usando
FDM.
– Problemas:
1) Diminui a taxa de transmissão disponível para cada
usuário (banda passante de cada usuário passa a ser W/N),
logo a taxa de transmissão é menor;
2) Quando um usuário não transmite, o canal é desperdiçado
(vai acontecer muito porque o tráfego típico em LAN/MAN é
em rajada).
• Alocação Dinâmica de Canal em LANs e MANs
– Definições:
• Modelo de Estações (Station Model): N estações
independentes, cada uma com um programa/usuário
gerando quadros para transmissão;
• Presunção de Canal Único (Single Channel Assumption):
um único canal está disponível para
transmissão/recepção das N estações;
• Presunção de Colisão (Collision Assumption): dois
quadros transmitidos ao mesmo tempo colidem e são
deteriorados, exigindo retransmissão;
• Transmissão em Tempo Contínuo (Continous Time): um
quadro pode ser transmitido a qualquer tempo. Não
existe um relógio mestre dividindo o tempo em
intervalos discretos (fatias);
• Transmissão em Tempo Fatiado (Slotted Time): um
quadro só pode ser transmitido em uma fatia de
tempo. Uma fatia de tempo pode conter 0, 1 ou mais
quadros, indicando uma fatia vazia, com um quadro ou
colisão, respectivamente;
• Transmissão com Teste de Portadora (Carrier Sense):
uma estação pode testar se o canal está livre para,
somente nesse caso, iniciar sua transmissão;
• Transmissão sem Teste de Portadora (No Carrier Sense):
uma estação não pode testar se o canal está livre.
PROTOCOLOS DE ACESSO MÚLTIPLO
ALOHA (1970)
• Um dos primeiros a ser desenvolvido. Princípio de
funcionamento de uma estação que quer transmitir um
quadro:
– Estação transmite quadro;
– Estação escuta o canal para receber o quadro que ela mesma
transmitiu;
– Se receber o quadro, a transmissão foi um sucesso;
– Se não receber, houve colisão. Espera um tempo aleatório (crescente)
e retransmite.
• Esse sistema é chamado de transmissão com contenção.
• Eficiência: aproximadamente 18 %
ALOHA Fatiado (1972)
• Princípio de funcionamento de uma estação que quer
transmitir um quadro:
–
–
–
–
Tempo é dividido em slots de tamanho igual para transmitir 1 quadro
Estação aguarda marca de tempo para poder transmitir o quadro;
O restante do comportamento é igual ao ALOHA.
Eficiência: aproximadamente 36 %
CSMA - Carrier Sense Multiple Access (1-persistente)
• Princípio de funcionamento de uma estação que
quer transmitir um quadro:
– Estação testa o canal para ver se está livre;
– Se estiver ocupado, aguarda ficar livre testando
continuamente;
– O restante do comportamento é igual ao ALOHA.
– Eficiência: aproximadamente 50 %
CSMA (Não persistente)
• Princípio de funcionamento semelhante ao CSMA, só que
quando o canal está ocupado, aguarda um tempo aleatório
(crescente) antes de tentar de novo.
• Eficiência: aproximadamente 85% (mas com atraso alto).
CSMA (p-persistente)
• Usado em canais fatiados no tempo. Princípio de
funcionamento:
– Estação aguarda fatia de tempo para transmitir, e transmite com
probabilidade p. Com probabilidade q = 1 - p, deixa para transmitir na
próxima fatia de tempo (não tem o que transmitir).
– Quando ocorre colisão, aguarda tempo aleatório (crescente) para
retransmitir.
• Eficiência: aproximadamente 70% com p = 0,5, 90% com p=0,1
e 95% com p=0,01.
CSMA-CD - (Collision Detection )
• Idéia: além de não iniciar a transmissão com o canal
ocupado, interrompe uma transmissão tão logo seja
detectada colisão.
• Quando ocorre colisão, aguarda um tempo aleatório
(crescente) para retransmitir.
• É a base do IEEE 802.3 (Ethernet).
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Protocolos Livres de Colisão
Protocolo Bit-Map
• Cada estação i = 1, 2, ... N manifesta seu desejo de transmitir
assinalando a i-ésima entrada de um "quadro de controle" de
N bits com um bit 1.
• Após as N estações indicarem seu desejo de transmitir, elas
são liberadas para transmitir em ordem numérica, de acordo
com o quadro de controle.
• Se uma estação ficar pronta para transmitir após a passagem
do quadro de controle, azar o dela. Deve aguardar o próximo
quadro de controle.
• Protocolos desse tipo são chamados de protocolos de reserva.
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Protocolo Bit-Map
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Protocolo Binary Countdown
• Cada estação que quiser transmitir faz uma difusão de seu
endereço (um bit por vez). Os vários endereços difundidos são
operados logicamente com OR.
• Processados da esquerda para a direita (mais alta ordem
primeiro), toda vez que uma estação com bit 0 for superada
por uma estação com bit 1, desiste de usar.
• A estação que permanecer no páreo sozinha ganha o direito
de transmitir, transmite, e inicia-se outro ciclo de disputa.
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Padrão IEEE 802 para LANs e MANs
• O IEEE 802 é uma série de padrões internacionais
para protocolos de acesso ao meio em LANs e MANs.
Os principais são:
– 802.1, que descreve o conjunto como um todo, definindo
as primitivas de interface;
– 802.2, que descreve a parte superior do nível de enlace,
usando o protocolo LLC (Logical Link Control);
– 802.3, que descreve o padrão CSMA/CD (base do
Ethernet);
– 802.11 - Lans sem fios.
– 802.15 - Wireless Personal Area Network (Bluetooth).
– 802.16 - Broadband Wireless Access(Wimax).
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IEEE 802.2
• Define a sub-camada de Controle de Enlace Lógico - protocolo
LLC (Logical Link Control)
• Ele fornece mecanismos de multiplexação e controle de fluxo
que torna possível para os vários protocolos de rede (IP, IPX)
conviverem dentro de uma rede multiponto e serem
transportados pelo mesmo meio da rede
• Especifica os mecanismos para endereçamento de estações
conectadas ao meio e para controlar a troca de dados entre
utilizadores da rede
• O LLC oferece os serviços:
– sem conexão/não confiável,
– sem conexão/confiável e
– com conexão/confiável.
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(a) Posição do LLC, (b) Formato do LLC
URI - DECC - Santo Ângelo
IEEE 802.3 e Ethernet
• O IEEE 802.3 padroniza rede local usando CSMA/CD (1persistente), sendo originado do ALOHA (1970), acrescido de
Carrier Sense (1976), sendo chamado com freqüência de
Ethernet.
URI - DECC - Santo Ângelo
• IEEE 802.3 e Ethernet
• O enquadramento é mostrado na figura abaixo:
– Preâmbulo é sete vezes 10101010, na codificação Manchester, que gera uma
onda quadrada de 10 MHz, visando a sincronização entre receptor e emissor;
– Início (10101011) é marca de início de quadro;
– Endereço Destino, é o endereço da estação receptora. Cada estação tem um
endereço associado à sua interface de rede (placa de comunicação).
• Endereços de grupo (multicast).
• Difusão (broadcast) – todos bits em 1;
URI - DECC - Santo Ângelo
– Endereço Origem, é o endereço da estação emissora;
– Tamanho dos Dados, é quantidade de bytes transmitidos
como Dados; No máximo 1500 bytes. Quadros com valores
maiores devem ser tratados pelas camadas superiores
– Dados, são os dados a serem transportados;
– Preenchimento, são usados na medida do necessário para
que um quadro tenha um tamanho mínimo de 46 bytes
(em redes de 10 Mbps). Um quadro muito pequeno
poderia ser transmitido totalmente antes de chegar ao seu
destino mais longo, gerando uma colisão caso a estação
localizada no destino mais longo (cabo) resolvesse
transmitir;
– CRC, é a verificação de erros.
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• A codificação usada segue dois padrões:
Manchester e Manchester Diferencial.
• Para transmissão de dados usando bits 0 e 1
– durante uma transmissão os 1's são transmitidos
como pulsos e os 0's como a ausência de pulsos.
– É o velho conceito dos interruptores, onde ligado
significa 1 e desligado significa 0.
– Tá, muito bonito, mas e quando simplesmente não
houver transmissão nenhuma? O receptor vai
pensar que está recebendo uma seqüência infinita
de zeros? Vê-se logo que esta não é uma boa
solução.
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Manchester e Manchester Diferencial.
• Uma solução para resolver este problema, e que é
usada por todos os sistemas Ethernet, é a
Codificação Manchester.
• Neste esquema os pulsos elétricos enviados só têm
significado aos pares: a cada par de pulsos enviados,
se o primeiro for mais forte que o segundo, indica a
transmissão de um 1.
• Inversamente, se o primeiro for mais fraco que o
segundo, indica a transmissão de um 0.
• Assim, quando não houver transmissão, todos os
pulsos serão fracos ou simplesmente inexistentes.
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Manchester e Manchester Diferencial.
• Manchester Diferencial, é um pouco mais complicada.
Nesta codificação, os bits também são representados por
pares de pulsos, só que, se o primeiro pulso de um par for da
mesma intensidade do segundo pulso do par anterior, ou seja,
não houve uma transição, há a transmissão de um 1; já se o
primeiro pulso de um par for de intensidade diferente do
segundo pulso do par anterior, ou seja, houve uma transição,
há a transmissão de um 0.
• De forma mais simples: se o par recebido for igual ao par
anterior a ele, significa um 0 transmitido. Se o par recebido
for diferente do anterior a ele, significa um 1 transmitido.
• Agora fica a pergunta: como saber o valor primeiro bit nesta
codificação se não há um anterior para comprar? Segue o
esquema definido pela codificação Manchester original: se o
primeiro pulso do par for mais forte, há a transmissão de um
bit 1; se o primeiro pulso do par for mais fraco, há a
transmissão de um bit 0.
URI - DECC - Santo Ângelo
• Manchester e Manchester Diferencial.
Codificação de dados IEEE 802.3
Ethernet usa o CSMA/CD
• Sem slots
• o adaptador não transmite se
perceber que algum outro
adaptador está transmitindo,
isto é, escuta antes de
transmitir (carrier sense)
• adaptador transmissor aborta
quando percebe que outro
adaptador está transmitindo,
isto é, detecção de colisão
• Antes de tentar uma
retransmissão, o
adaptador espera um
tempo aleatório, isto é,
acesso aleatório
• A eficiência do 802.3 é indicada na figura abaixo.
Eficiência do IEEE 802.3
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Redes Locais 802.3 Comutadas
• O crescimento do número de estações em rede implica no
crescimento do tráfego; quando satura, o que fazer?
• Aumentar a capacidade da rede de 100 (Fast Ethernet) para
1Gbps (Gigabit Ethernet), implica em trocar todas as
interfaces de rede e trocar os concentradores (hub).
• Utilizar tecnologia de comutação de circuito através de
comutadores (switchs) Ethernet é uma solução bastante
adotada para preservar o investimento em interfaces de
comunicação, obtendo-se um ganho considerável de
performance.
URI - DECC - Santo Ângelo
Interligação de redes locais
• Como interligar diferentes segmentos de redes??
Interconexão com hubs
• Hub no backbone interconecta segmentos de LAN
• Estende a distância máxima entre nós
• Mas os domínios de colisão de segmentos individuais tornamse um grande domínio de colisão
Switch (comutador)
• Dispositivo da camada de enlace
– armazena e retransmite quadros Ethernet
– examina o cabeçalho do quadro e seletivamente
encaminha o quadro baseado no endereço MAC do
destino
– quando o quadro deve ser encaminhado num
segmento, usa o CSMA/CD para acessá-lo
• transparente
– hosts ignoram a presença dos switches
• plug-and-play, self-learning (auto aprendizado)
– switches não necessitam ser configurados
Switches
• Como determina em que segmento de LAN deve encaminhar o quadro?
• Parece um problema de roteamento...
Switches
Auto apredizado
• Um switch possui uma tabela de comutação
• entrada na tabela de comutação:
•
(Endereço MAC, Interface, Carimbo de tempo)
•
entradas antigas na tabela são descartadas (TTL pode ser de 60
min)
• switch aprende que hosts podem ser alcançados através de quais
interfaces
•
quando um quadro é recebido, o switch “aprende” a localização
do transmissor: segmento de LAN de onde ele veio
•
registra o par transmissor/localização na tabela de comutação
Filtragem/Encaminhamento
Quando um switch recebe um quadro:
indexa a tabela de comutação usando o endereço MAC do destino
if entrada encontrada para o destino
then{
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro
then
descarta o quadro
else encaminha o quadro na interface indicada
}
else usa inundação
Encaminha o quadro para todas as demais
interfaces exceto aquela em que o quadro foi
recebido
Suponha que C envia quadro para D
endereço interface
A
B
E
G
1
1
2
3
• Switch recebe o quadro vindo de C
anota na tabela de comutação que C está na interface 1
•
dado que D não se encontra na tabela, encaminha o quadro
para as demais interfaces: 2 e 3
• quadro é recebido por D
•
Switch: isolamento de tráfego
• Instalação do switch quebra a subrede em diversos
segmentos de LAN
• switch filtra os pacotes:
– quadros do mesmo segmento de LAN não são
normalmente encaminhados para os outros segmentos
– segmentos tornam-se domínios de colisão separados
domínio de colisão
domínio de colisão
Switches: acesso dedicado
• Switch com diversas
interfaces
• Hosts têm conexão direta
com o switch
• Sem colisões; full duplex
Comutação: A-para-A’ e Bpara-B’ simultaneamente,
sem colisões
Roteador: Dispositivo responsável pelo encaminhamento de
pacotes de comunicação em uma rede ou entre redes. Uma
instituição, ao se conectar à Internet, deverá adquirir um roteador
para conectar sua Rede Local (LAN) ao Ponto-de-Presença mais
próximo. Roteadores vivem se falando aos pares, como modems.
Switches vs. Roteadores
• ambos são dispositivos do tipo armazena-e-encaminha
– roteadores: dispositivos da camada de rede (examinam
os cabeçalhos da camada de rede)
– switches são dispositivos da camada de enlace
• roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam
algoritmos de roteamento
• switches mantêm tabelas de comutação, implementam
filtragem, algoritmos de aprendizado
Comparação
hubs
roteadores
switches
isolamento
de tráfego
não
sim
sim
plug & play
sim
não
sim
roteamento
não
sim
não
Fibras ópticas
• Nas transmissões por fibras ópticas as portadoras
possuem freqüências na faixa de infravermelho,
valores da ordem de centenas de Terahertz
• Permite prever o emprego de elevadíssimas taxas de
transmissão, de até milhares de megabits/segundo
• Capacidade pode ser aumentada utilizando
multiplexação
– Multiplexar significa combinar sinais vindos de múltiplas
fontes e transmití-los através de um único meio.
TDM- Definição
• TDM: Time Division Multiplexing
– Multiplexação dos sinais no domínio do tempo
– A multiplexação se faz com o envio sincronizado de partes dos dados
– O tempo é dividido em pequenos intervalos nos quais cada fonte
transmite pedaços de seus dados por vez
– Problemas:
• Ordem econômica: equipamentos
• Ordem técnica: degradação do sinal devido à dispersão e a efeito
não lineares
URI - DECC - Santo Ângelo
WDM - Definição
• WDM: Wavelength Division Multiplexing;
– Reunião de diversos comprimentos de onda (cores) em uma única
fibra.
• possibilita a transmissão de vários feixes de luz em frequências
diferentes numa mesma fibra óptica, possibilitando um
incremento na banda de transmissão superior a 100 vezes
• Espaçamentos entre canais de 100 GHz ou 50GHz
Módulo MX/DEMUX.
Filtros
ADD-DROP.
URI - DECC
- Santo Ângelo
DWDM - Definição
• DWDM:Dense Wavelenght Division Multiplexing
– Mesma coisa que o WDM porém número de comprimentos de onda
transmitidos é bem maior pois o espaçamento entre eles é menor
– Espaçamentos entre canais de 25 GHz, 12.5 GHz ou ainda menores
– Taxas de Transmissão cada vez maiores, sendo as mais usuais, as de 10
Gbps e 40 Gbps, embora alguns fabricantes já anunciem
equipamentos com taxas de 80 Gbps (por canal).
– Pode ultrapassar os 160 canais, com taxas de 40 Gbps totalizando 6,4
Tbps (Terabits por segundo) a uma distância de 186 km (existem testes
com 10.000 km)
– Esse limite ainda está em expansão....
– DWDM será o futuro das telecomunicações no mundo
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WDMA - Definição
• WDMA -Wavelength Division Multiple Access;
• É o responsável pela controle de acesso ao meio em Fibras
Ópticas
• Finalidade de alocação de canais de acesso múltiplo;
• Pertencente à subcamada MAC (Media Access Control);
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WDMA - Funcionamento
• O espectro do sinal é
dividido em canais usando
FDM, WDM (Wavelength
Division Multiplexing) ou
DWDM;
• Atribuição de dois canais a
cada estação de uma LAN:
– Canal de controle;
– Canal de dados;
• Canais divididos em grupos
de slots de tempo.
– Esses subcanais são alocados
dinamicamente
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Protocolos de LAN sem fio
• Contexto diferenciado das LANs com fio
– Um canal cobrindo toda a largura de banda
– Mais suscetível a colisões e interferências
• Solução simples
– Protocolo CSMA
• Problema no receptor e não no transmissor
• Problema de estação oculta
• Problema de estação exposta
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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
– 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.
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Uso de CSMA em redes locais sem fio: uma
abordagem insuficiente/inapropriada
– CSMA permite detectar interferências em relação
ao transmissor
• 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
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• 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)
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Protocolos para redes sem fio: MACA
– Multiple Access with Collision Avoidance
– Princípio básico:
• 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
• MACA: Clear To Send (CTS)
– C responde com um quadro de liberação para transmissão
– B inicia a transmissão do quadro de dados
Efeito de RTS e CTS
– Ao “escutar” um RTS destinado a outra
estação:
• estações não podem transmitir – para não
interferir com o quadro CTS
– caso da estação A
– 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
– caso da estação D
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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
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
Protocolos para redes sem fio: MACAW
– Semelhante ao MACA, mas com melhorias
– Quadro de reconhecimento (ACK)
– Uso do CSMA para evitar colisões de RTS (quando possível)
– Uso de backoff (tempo aleatório antes de tentar
novamente) individual para cada par origem-destino 
melhora a justiça do protocolo
– Para aumentar o desempenho do sistema:
• Mecanismo para troca de informações sobre congestionamento
• Alteração no algoritmo de backoff para reagir menos
agressivamente a problemas temporários
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