Redes de Computadores
Protocolos da camada de
ligação de dados
Escola Superior de Tecnologia e Gestão
Instituto Politécnico de Bragança
Maio de 2006
Modelo OSI
Protocolos de ligação de
dados
Redes de Computadores
2
1
Camada de Ligação de Dados (1)
Protocolos de ligação de
dados
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Camada de Ligação de Dados (2)
• Tem como principal função garantir a transmissão
de dados através de uma linha série, fornecendo
serviços aos níveis superiores
• O tipo de protocolo de Ligação de Dados usado
depende da ligação física entre os dois DTE (Data
Terminal Equipment) a interligar e do bit rate dessa
ligação
– para ligações de débitos mais reduzidos são usados
protocolos Character Oriented do tipo Idle ARQ: Kermit e
X-modem
– para ligações de débitos mais elevados são usados
protocolos Bit Oriented do tipo Continuous ARQ: HDLC,
LAPB, LAPD, LAPF e LLC
Protocolos de ligação de
dados
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2
High-Level Data Link Control (HDLC)
•
•
HDLC (ISO 33009, ISO 4335)
Protocolo orientado ao bit (independente de códigos)
•
Permite uma grande variedade de aplicações
•
Tipos de estações
– Estação Primária
• Controla a operação da ligação (uma ligação lógica por cada estação Secundária)
• Tramas enviadas designam-se por comandos
– Estação Secundária
• Controlada pela estação Primária
• Tramas enviadas designam-se por respostas
– Estação Combinada
• Combina funções Primárias e Secundárias; pode enviar comandos e respostas
•
Configurações da ligação
– Não balanceada (não equilibrada)
• Uma Primária e uma ou mais Secundárias
• Transmissões full-duplex e half-duplex
– Balanceada (equilibrada)
• Duas estações Combinadas
• Transmissões full-duplex e half-duplex
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dados
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Configurações da ligação -exemplos
Não balanceada ponto-aponto, com um primário
e um secundário
Não balanceada
multiponto, com um
primário e vários
secundários
Balanceada, com duas
estações combinadas
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3
Modos de Transferência de Dados em
HDLC
•
Normal Response Mode (NRM)
–
–
–
–
•
Configuração não balanceada
A estação Primária é responsável pelo estabelecimento, gestão e fecho da ligação
Uma estação Secundária só responde a comandos da estação Primária
Usado em configurações multiponto (por ex.: Primário: Computador principal,
Secundárias: terminais)
Asynchronous Response Mode (ARM)
– Configuração não balanceada
– A estação Primária é responsável pelo estabelecimento, gestão e fecho da ligação
– A estação Secundária pode transmitir sem permissão da estação Primária, após
estabelecida a ligação
– Raramente usada
•
Asynchronous Balanced Mode (ABM)
– Configuração balanceada
– Qualquer das estações pode estabelecer a ligação e transmitir sem permissão da
outra
– É a mais usada: torna mais eficiente a utilização de ligações full-duplex ponto-aponto
– Usado em X.25 (LAPB), RDIS (LAPD) e Frame Relay (LAPF)
Protocolos de ligação de
dados
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Estrutura da Trama HDLC
• Uma trama HDLC é constituída por vários campos
– Os campos têm tamanho fixo ou variável (existindo mecanismos
que permitem estabelecer e reconhecer as fronteiras entre
campos)
– As funções associadas a cada campo dependem da respectiva
estrutura e de valores dos bits que o constituem, de acordo com
a posição que ocupam no campo
• Formato único para todas as tramas de controlo e dados
Header
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dados
Trailer
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4
Trama HDLC - Flag
• Tramas HDLC são delimitadas por flags - sequências
01111110
• Uma flag pode terminar uma trama e começar outra
• Bit stuffing é usado para evitar o falso reconhecimento
de flags dentro da trama
– O Emissor insere um 0 após uma sequência de cinco 1’s
– Quando o Receptor detecta cinco 1’s consecutivos com um zero
a seguir, este último é eliminado
Mensagem Original:
111111111111011111101111110
Depois de bit stuffing:
0111110
0110111110
010111110
010
111110
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dados
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Trama HDLC - Adress
• Por convenção o endereço identifica a estação
secundária que enviou ou vai receber a trama
• Formato básico - 8 bits
• Formato expandido
– Múltiplo de 8 bits
– O primeiro bit de cada byte é 0, terminando por um
byte em que esse bit é 1
– Endereço de broadcast - 11111111
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Trama HDLC – Control (1)
•
•
Existem 3 tipos de tramas, cada qual com um campo de controlo diferente
Os primeiros um ou dois bits do campo de controlo identificam o tipo de quadro
– Informação (I)
• Contém dados de camadas superiores (a abstracção acima de HDLC que usa HDLC)
• Adicionalmente, dados de controlo de fluxo e de erro são transmitidos no quadro de
informação (piggybacking)
– Supervisão (S)
• Confirmação de tramas, controlo de erro e de fluxo quando não é usado piggybacking
• Os dois bits S permitem seleccionar um em quatro comandos de supervisão
– Não numeradas (U)
• Funções suplementares de controlo da ligação (estabelecimento, reinicialização, terminação)
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Trama HDLC – Control (2)
•
Números de sequência
– N(S) em tramas I
– N(R) em tramas I e S
•
Bit P/F (Poll / Final)
– Permite sincronizar um comando com uma resposta (o funcionamento normal do
protocolo não garante uma relação um para um entre comandos e respostas)
– Em comandos, P=1 solicita resposta
– Em respostas F=1 indica resposta solicitada pelo comando com P=1
•
Nos quadros de informação e supervisão, o campo de controlo pode ser
estendido para 16 bits, permitindo aumentar o valor máximo de N(S) e N(R) e o
número máximo de comandos e respostas
– Este formato é utilizado especialmente em transmissões via satélite devido aos
atrasos envolvidos
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Trama HDLC –Information e FCS
• Campo de Informação
– Campo dos dados
– Apenas presente em tramas I e em algumas tramas U
– Comprimento variável (valor máximo fixado
previamente), porém contém um número inteiro de
octetos
• FCS (Frame Check Sequence)
– Baseado num código polinomial
– Calculado com base nos restantes bits da trama
(excepto as flags)
– Normalmente CRC-CCITT (16 bits)
– Por vezes CRC-32 (32 bits)
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Funcionamento do HDLC
• Princípio base assenta na troca de I-Frames, S-Frames
e U-Frames entre duas estações
• Envolve 3 fases:
– Inicialização: Despoletada por qualquer dos lados da ligação,
através de comandos específicos a que o outro lado responde,
aceitando (unnumbered acknowledged - UA) ou rejeitando a
ligação (disconnected mode - DM)
– Transferência dos Dados: Após a inicialização ter sido
solicitada e aceite, fica estabelecida uma ligação lógica. A partir
deste momento ambos os lados da ligação podem enviar dados,
usando I-Frames, começando com o número de sequência 0,
colocado no campo N(S) do campo control. O sub-campo N(R)
transporta a confirmação das I-Frames recebidas
– Terminação da Ligação: Qualquer módulo HDLC pode iniciar
uma desconexão através do envio da trama DISC. O outro lado
confirma, respondendo com um UA (unnumbered ackowledged).
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Comandos e respostas HDLC
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Exemplos de Funcionamento do
HDLC (1)
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Exemplos de Funcionamento do
HDLC (2)
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Protocolo LAPB (X.25)
• Link Access Procedure, Balanced
• Parte integrante do X.25 (ITU-T)
• Na prática é um subconjunto do HDLC
– Fornece apenas o modo ABM (Asynchronous Balanced Mode)
• Utilizado em ligações ponto-a-ponto entre sistema
terminal e nó da rede de comutação de pacotes
• Estrutura das tramas idêntica à do HDLC
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Protocolo LAPD
• Link Access Procedure, D-Channel
• Parte integrante da RDIS/ISDN (ITU-T)
• Fornece controlo da ligação através de um
canal lógico do interface ISDN,
denominado Canal D
• Restringe-se ao modo de operação ABM
(tal como o LAPB)
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Protocolo LAPF
•
•
•
Link Access Procedure for Frame-Mode Bearer Services
Usado nas redes Frame Relay
Subdivide-se em dois subprotocolos:
– Control protocol – funções similares às do HDLC (confirmação, controlo de erros
e controlo de fuxo)
– Core protocol – subconjunto do control protocol (funções básicas de comutação
de tramas); não faz controlo de fluxo e erro, permitindo assim maiores fluxos de
dados
•
•
•
•
Tal como o LAPB também se restringe ao modo de operação ABM
Sequências de numeração de tramas com 7 bits
O FCS utiliza um CRC de 16 bits
LAPF core não possui o campo control
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Trama LAPF
(control)
Trama LAPF
(core) 20
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Protocolo LLC (Logical Link Control)
•
•
Parte da arquitectura das redes locais standard IEEE 802 (LAN’s)
Controlo da ligação dividido em dois níveis:
– Subcamada MAC (Medium Access Control)
• Protocolo de acesso a um meio partilhado
• Endereçamento físico das estações
• Detecção de erros (sem recuperação) – CRC de 32 bits
– Subcamada Logical Link Control (LLC) , que funciona no topo do nível MAC
• Campo para identificação do utilizador lógico do LLC da origem (SSAP) e do destino
(DSAP)
•
Oferece 3 tipos de serviços
– LLC1: não confirmado, sem conexão (não fiável) - o mais comum (usado por
exemplo com TCP/IP)
– LLC2: confirmado, com conexão (fiável) - procedimentos semelhantes a HDLC,
com mecanismos de controlo de erros de fluxo; praticamente não usado em
redes locais
– LLC3: confirmado, sem conexão – também pouco usado
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O nível de ligação de dados na Internet
• A Internet é constituída por diferentes tipos de equipamentos
informáticos, interligados por uma infra-estrutura de
comunicações
• Ao nível dos edifícios são interligados através de redes
locais (LAN’s), no entanto uma boa parte da Internet é
constituída por ligações ponto-a-ponto, através de linhas
alugadas usadas, basicamente em duas situações:
– Interligação das redes locais à Internet, através de ISP’s
– Interligação de utilizadores individuais através de modems e das
linhas telefónicas tradicionais a um ISP que lhe fornece o acesso à
rede
• Para ter acesso aos diferentes serviços do controlo de
ligação neste tipo de ligações, torna-se também necessário
recorrer a um protocolo específico
• Os mais utilizados nestas funções são o SLIP e o PPP
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SLIP – Serial Line IP
• Criado em 1984 com o objectivo de interligar estações de
trabalho da Sun à Internet usando um modem
• O funcionamento assenta no envio de pacotes IP através da
linha, com uma flag especial no final de cada trama (0xC0)
– Técnica de character stuffing para contornar o problema da flag em
bytes de dados
• Apesar de ainda ser usado apresenta vários problemas:
– Não suporta qualquer mecanismo de detecção e/ou correcção de erros
(responsabilidade de níveis superiores)
– Apenas suporta o protocolo IP, o que limita a ligação de redes que não
suportem esse protocolo
– IP fixo (esgotamento de IPs!!!) - cada lado da ligação tem de conhecer
previamente o endereço IP do outro lado, não suportando a atribuição
dinâmica de endereços
– Não fornece um mecanismo próprio de autenticação, o que levanta
problemas na sua utilização através da linha telefónica
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PPP – Point-to-Point Protocol
• Surgiu com o objectivo de substituir o SLIP através da eliminação
dos seus principais problemas, pelo que:
– Suporta detecção de erros
– Suporta múltiplos protocolos
– Permite a negociação dinâmica do endereço IP durante a fase de
estabelecimento de ligação
– Permite autenticação
• Fornece 3 funções:
– Forma de delimitar o fim de uma trama e o início da seguinte; inclui-se
na trama suporte para detecção de erros
– Um protocolo de controlo de ligação (LCP – Link Control Protocol) que
inicia uma ligação, testa-a, negoceia as diferentes opções, e termina a
ligação quando esta deixa de ser necessária
– Uma forma de negociar opções do nível de rede (protocolo NCP –
Network Control Protoccol). De forma independente relativamente ao
protocolo de rede utilizado
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