Upload
internet
View
106
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Enlace
Referência:
Slides extraídos do material dos professores Jim Kurose e Keith Ross relativos ao livro “Redes de Computadores e a Internet – Uma abordagem top-down”, segunda e terceira edições
Alterações nos slides, incluindo sequenciamento, textos, figuras e novos slides, foram realizadas conforme necessidade
Camada de enlace: definindo o contexto
fluxo real de PDUsRoteador R1
Roteador R4
Roteador R3Roteador R3Roteador R2
protocolode enlace
dois elementos físicos fisicamente conectados: host-roteador, roteador-roteador, host-host
unidade de dados: quadro (frame)
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefísico
protocolode enlace
placa adaptadora
Camada de enlace: definindo o contexto
Serviços da Camada de Enlace Enquadramento, acesso ao enlace:
encapsula datagramas em quadros, acrescentando cabeçalhos e trailer
implementa acesso ao canal se o meio é compartilhado
‘endereços físicos’ usados nos cabeçalhos dos quadros para identificar a fonte e o destino dos quadros
• diferente do endereço IP !
Entrega confiável entre dois equipamentos fisicamente conectados: já aprendemos como isto deve ser feito (transporte)! raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro
(fibra, alguns tipos de par trançado) enlaces sem-fio (wireless): altas taxas de erro
• Q: porque prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace?
Serviços da Camada de Enlace (cont.) Controle de Fluxo:
limitação da transmissão entre transmissor e receptor
Detecção de Erros: erros causados pela atenuação do sinal e
por ruídos. o receptor detecta a presença de erros:
• avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
Correção de Erros: o receptor identifica e corrige o bit com
erro(s) sem recorrer à retransmissão
Implementação: Camada de Enlace
implementado no “adaptador” ex., placa PCMCIA, placa Ethernet tipicamente inclui: RAM, chips DSP,
interface com barramento do host, e interface do enlace
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl MHtHnHl
quadroenlacefísico
protocolode enlace
placa adaptadora
Detecção de ErrosEDC = Bits de Detecção e Correção de Erros (redundancia)D = Dados protegidos pela verificação de erros, pode incluir os campos de cabeçalho
• A detecção de erros não é 100% confiável!• protocolos podem deixar passar alguns erros, mas é raro• Quanto maior o campo EDC melhor é a capacidade de detecção e correção de erros
Verificação de Redundância Cíclica
encara os bits de dados, D, como um número binário escolhe um padrão gerador de r+1 bits, G objetivo: escolher CRC bits, R, tal que
<D,R> é divisível de forma exata por G receptor conhece G, divide <D,R> por G. Se o resto é
diferente de zero: erro detectado! pode detectar todos os erros em seqüência (burst errors)
com comprimento menor que r+1 bits largamente usado na prática (ATM, HDCL, Ethernet)
padrão de bits
fórmulamatemática
bits de dados a enviar
Enlaces de Acesso Múltiplo e ProtocolosTrês tipos de enlaces: ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) broadcast (fio ou meio compartilhado; ex,
Ethernet, Wavelan, etc.)
switched (ex., switched Ethernet, ATM etc)
Protocolos de Acesso Múltiplo canal de comunicação único e compartilhado duas ou mais transmissões pelos nós: interferência
apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo
protocolo de múltiplo acesso: algoritmo distribuído que determina como as estações
compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir
comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal!
o que procurar em protocolos de múltiplo acesso: • síncrono ou assíncrono • informação necessária sobre as outras estações • robustez (ex., em relação a erros do canal) • desempenho
Protocolos MAC (acesso ao meio): uma taxonomia
Três grandes classes: Particionamento de canal
dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência)
aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó
Acesso Aleatório permite colisões “recuperação” das colisões
Passagem de Permissão compartilhamento estritamente coordenado para
evitar colisões
Objetivo: eficiente, justo, simples, descentralizado
Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA
TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal acesso ao canal é feito por ”turnos" cada estação controla um compartimento (“slot”) de
tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissão de pacote) em cada turno
compartimentos não usados são disperdiçados exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes,
compartimentos 2,5,6 ficam vazios
TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load.
FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.
FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência cada estação recebe uma banda de freqüência tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência
é disperdiçado exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as
bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias
bandas
de f
reqüênci
a tempo
Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA
Particionamento de Canal (CDMA)CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Códigos)
um código único é atribuído a cada usuário (“chipping sequence”), isto é, o código define o particionamento
muito usado em canais broadcast, sem-fio (celular, satelite,etc)
todos os usuários usam a mesma freqüência, mas cada usuário tem a sua própria maneira de codificar os dados.
sinal codificado = (dados originais) X (chipping sequence) decodificação: produto interno do sinal codificado e da seqüência de
codificação (“chipping sequence”)
permite que múltiplos usuários “coexistam” e transmitam simultaneamente com mínima interferência
os códigos que minimizam a interferência são chamados “ortogonais”
Protocolos de Acesso Aleatório Quando o nó tem um pacote a enviar:
transmite com toda a taxa do canal R. não há uma regra de coordenação a priori entre os nós
dois ou mais nós transmitindo -> “colisão”, Protocolo MAC de acesso aleatório especifica:
como detectar colisões como as estações se recuperam das colisões (ex., via
retransmissões atrasadas)
Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMA/CD
CSMA: Carrier Sense Multiple Access
CSMA: escuta antes de transmitir: Se o canal parece vazio: transmite o pacote Se o canal está ocupado, adia a transmissão
CSMA Persistente: tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre (pode provocar instabilidade)
CSMA Não-persistente: tenta novamente após um intervalo aleatório
CSMA/CD (Detecção de Colisão)
CSMA/CD: detecção de portadora, deferência como no CSMA colisões detectadas num tempo mais curto transmissões com colisões são interrompidas,
reduzindo o disperdício do canal retransmissões persistentes ou não-persistentes
detecção de colisão: fácil em LANs cabeadas: medição da intensidade do
sinal, comparação dos sinais transmitidos e recebidos
difícl em LANs sem fio: receptor desligado enquanto transmitindo
Protocolos MAC com Passagem de Permissão Polling: nó mestre “convida”
os escravos a transmitirem um de cada vez
Mensagens Request to Send e Clear to Send
problemas: polling overhead latência ponto único de falha
(mestre)
Token passing: controla um token passado de
um nó a outro sequencialmente.
mensagem token problemas:
token overhead latência ponto único de falha (token)
Endereços de LAN e ARP
Endereços IP de 32-bit: endereços da camada de rede usados para levar o datagrama até a rede de
destino (lembre da definição de rede IP)
Endereço de LAN (ou MAC ou físico): usado para levar o datagrama de uma
interface física a outra fisicamente conectada com a primeira (isto é, na mesma rede)
Endereços MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereços de LAN e ARPCada adaptador numa LAN tem um único endereço de LAN
Lembre a discussão anterior sobre roteamento
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
A
BE
Começando em A, dado que o datagrama está endereçado para B (endereço IP):
procure rede.endereço de B, encontre B em alguma rede, no caso igual à rede de A
camada de enlace envia datagrama para B dentro de um quadro da camada de enlace
endereçoMAC de B
end. MACde A
end. IPde A
end. IPde B
dados IP
datagramaquadro
endereço de origeme destino do quadro
endereço de origeme destino do pacote
ARP: Address Resolution Protocol(Protocolo de Resolução de Endereços)
Cada nó IP (Host, Roteador) numa LAN tem um módulo e uma tabela ARP
Tabela ARP: mapeamento de endereços IP/MAC para alguns nós da LAN
< endereço IP; endereço MAC; TTL> < ………………………….. >
TTL (Time To Live): tempo depois do qual o mapeamento de endereços será esquecido (tipicamente 20 min)
Questão: como determinaro endereço MAC de Bdado o endereço IP de B?
Protocolo ARP A conhece o endereço IP de B, quer aprender o
endereço físico de B A envia em broadcast um pacote ARP de
consulta contendo o endereço IP de B todas as máquinas na LAN recebem a
consulta ARP
B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu (de B) endereço de camada física
A armazena os pares de endereço IP-físico até que a informação se torne obsoleta (esgota a temporização) soft state: informação que desaparece com
o tempo se não for re-atualizada
EthernetTecnologia de rede local “dominante” : barato R$30 por 100Mbps! primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples, e mais barata que LANs com token e
ATM Velocidade crescente: 10, 100, 1000 Mbps
Esboço da Ethernetpor Bob Metcalf
Estrutura do Quadro Ethernet
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preâmbulo: 7 bytes com padrão 10101010 seguido por um
byte com padrão 10101011 usado para sincronizar as taxas de relógio do
transmissor e do receptor
Estrutura do Quadro Ethernet (mais)
Endereços: 6 bytes, quadro é recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereço do quadro não coincide com o endereço do adaptador
Tipo: indica o protocolo da camada superior, geralmente é o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
CRC: verificado no receptor, se um erro é detectado, o quadro é simplesmente descartado.
10BaseT e 100BaseT
taxa de 10/100 Mbps; chamado mais tarde de “fast ethernet”
T significa “Twisted Pair” (par trançado) Os nós se conectam a um hub (ou switch) por um meio
físico em “par trançado”, portanto trata-se de uma “topologia em estrela”
CSMA/CD implementado no hub
10BaseT e 100BaseT (mais)
Máxima distância do nó ao hub é de 100 metros
Hub pode disconectar um adaptador que não para de transmitir (“jabbering adapter”)
Hub can coletar e monitorar informações e estatísticas para apresentação ao administradores da LAN
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 inteiropequena redução da latência
combinações de interfaces de 10/100/1000 Mbps, dedicadas e compartilhadas
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 hostsaccess 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
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 Formato do Quadro [RFC 1557] 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.)
endereçocontrole
tamanhovariávelou ou
CRC
PPP Formato dos dados [RFC 1557] info: dados da camada superior sendo
transportados
CRC: verificação de redundância cíclica para detecção de erros
negociação de endereço da camada de rede: os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar o endereço de rede de cada outro
endereçocontrole
tamanhovariávelou ou
CRC
Meios Físicos
• enlace físico: meio de
transmissão de sinais
físicos que representam
a informação
• meios guiados: os sinais se propagam me
meios sólidos com
caminho fixo: cobre, fibra
• meios não guiados: propagação livre: ex. rádio
Twisted Pair (TP)
dois fios de cobre
isolados
Categoria 3: taxas
de transmissão até
10 Mbps
Categoria 5 :
100Mbps ethernet
Meio Físico: coaxial, fibra
Cabo Coaxial:
núcleo de fio (portador
de sinal) dentro de uma
blindagem de fio (shield) bandabase: um único sinal
presente no cabo
broadband: multiplos
sinais no cabo
bidirecional
uso comum em redes de
10Mbs Ethernet
Cabo de fibra óptica:• fibra de vidro transportando
pulsos de luz• alta velocidade de operação:
– 100Mbps Ethernet– alta velocidade com transmissão
ponto-a-ponto (e.g., 5 Gps)
• baixa taxa de erros e imunidade a ruídos
Meio Físico: radio
sinal transportado como
campo eletromagnético
não há fios físicos
bidirecional
o ambiente afeta a
propagação:
reflexão
obstrução por objetos
interferência
Tipos de canais de rádio:• microwave
– canais de até 155 Mbps
• LAN (e.g., waveLAN)– 2Mbps, 11Mbps
• wide-area (e.g., celular)– e.g. CDPD, 10’s Kbps
• satélite– até 50Mbps por canal (ou vários
canais menores)– 270 ms de atrado fim-a-fim– geosynchronous versus LEOS